Hoe Smart Morphable Surfaces werken

Als je het koud hebt, hoef je je huid niet te vertellen "het is tijd om kippenvel te krijgen". Het weet wat het moet doen op basis van de omstandigheden waarmee het wordt geconfronteerd. Smorphs werken op dezelfde manier. Oleksii Sergieiev / ThinkStock

De volgende keer dat je naar beneden kijkt en cellulitis op je dijen ziet, wanhoop niet: die kuiltjes kunnen je zelfs sneller en aerodynamischer maken.

Nee, we maken geen grapje. Als je eenmaal leert over slimme, veranderbare oppervlakken, zul je merken dat je lichamelijke cottage cheese iets waard is om te vieren. Je zult ook leren dat het goed zijn voor je brandstofverbruik om je auto te laten deuken tijdens een hagelbui, tenminste in sommige rijsituaties. Voordat u echter de deuken in uw auto of uw huid gaat vieren, moet u weten hoe slimme morphable-oppervlakken werken.

Slimme morphable oppervlakken, of smorphs, zijn oppervlakken die veranderen als reactie op de omstandigheden eromheen en erin. Je huid is een soort smorf. Als de toestand in uw huid verandert, bijvoorbeeld als u aankomt, verandert uw huid mee. Als je de Doritos bijvoorbeeld te hard raakt, zal je buik groeien. Het goede nieuws is dat, in tegenstelling tot je spijkerbroek, je huid ermee zal groeien. Als je ooit zwanger bent geweest of de buik van een zwangere vrouw hebt gezien, weet je dat je huid strak en strak over een groeiend lichaamsdeel kan strekken. Wanneer dat lichaamsdeel terugschrikt om een ​​baby te krijgen of Doritos in te ruilen voor worteltjes, zal de huid meestal ook weer krimpen.

Natuurlijk krimpt onze huid niet altijd perfect. Na een groot gewichtsverlies kunnen we een losse huid en striae hebben. De huid reageert echter niet alleen op omstandigheden in het lichaam. Als u te lang in bad blijft, krijgt u rimpelige vingers. Ga op een koude dag naakt naar buiten, en je krijgt kippenvel (evenals een citaat, aangezien openbare naaktheid op de meeste plaatsen illegaal is). Smorphs zijn een soort van huid in die zin dat ze niet altijd glad en glad zijn, en ze kunnen reageren op omstandigheden binnen en buiten het lichaam. In sommige gevallen kunnen de kuiltjes in een smorph de aerodynamica en het brandstofverbruik van auto's verbeteren. Als je striae maar hetzelfde zou kunnen doen. Blijf lezen om erachter te komen hoe de auto waarin u in de toekomst zou kunnen rijden een van vorm veranderende huid zou kunnen hebben die de ene minuut kuiltjes maakt en de volgende minuut gladder - en het hangt allemaal af van de rijomstandigheden.

Inhoud

1. Kuiltjes en aerodynamica
2. Smorphs bij MIT
3. Slimme morphable oppervlakken en auto's

In tegenstelling tot een golfbal (die de hele tijd kuiltjes maakt), kan een smorph wisselen tussen glad of gerimpeld zijn, afhankelijk van het volume van het materiaal erin. Airubon / ThinkStock

Ga op een mooie middag naar de driving range en je zult de inspiratie zien voor het gebruik van smorphs op auto's. Golfballen, met hun kuiltjes aan de buitenkant, hielpen bij het informeren van een deel van het werk dat ingenieurs en andere onderzoekers doen aan smorphs, onderzoek dat zich zou kunnen vertalen in kuiltjes in de huid - en dus een lager brandstofverbruik - voor auto's.

Golfballen werden niet altijd opzettelijk gedeukt. In feite waren golfballen tot het midden van de 19e eeuw glad en vertoonden ze alleen deuken tijdens het spelen. Als je ongeveer honderd keer per ronde wordt geraakt, krijg je tenslotte wat deuken en deuken. Toen golfers begonnen te merken dat de oudere, gedeukte ballen verder gingen, begonnen ze dezelfde prestatie ook van nieuwe golfballen te eisen. En toen fabrikanten gedeukte ballen gingen verkopen, was de moderne golfbal met kuiltjes geboren.

De kuiltjes op een golfbal helpen hem verder te gaan, omdat de deuken niet toelaten dat de lucht aan de bal "blijft plakken". In plaats daarvan verstoren de kuiltjes de lucht die zich het dichtst bij de bal bevindt tijdens het reizen. Elk kuiltje zorgt voor een kleine mini-cycloon rond de bal. In plaats van eruit te zien als een gladde bol waar lucht overheen beweegt, ziet het oppervlak van de bal eruit als een theekopje: een bol die door de lucht reist, maar met kleinere cirkels van draaiende lucht eromheen. Die wervelende beweging helpt de lucht sneller rond de bal te bewegen, wat de windweerstand van de bal vermindert. Minder windweerstand betekent dat er minder energie nodig is om de bal een bepaalde afstand te verplaatsen.

Op een auto betekent minder windweerstand dat er minder energie nodig is om vooruit te komen op de weg. Dat vertaalt zich in een lager brandstofverbruik, of, als je het over elektrische auto's hebt, minder uitputting van de batterij. Neem echter nog geen golfclub mee naar uw auto. Kuiltjes in auto's verbeteren de efficiëntie alleen in bepaalde situaties. Dat is waar smorfen binnenkomen.

Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology hebben smorfen op siliconenbasis gemaakt die reageren op omstandigheden en de luchtweerstand verminderen door kuiltjes of glad te worden. Jorge Salcedo / ThinkStock

Dit is slechts een gok, maar de kans is groot dat de meeste consumenten geen geprefabriceerde auto willen kopen, ook al verbetert dit het brandstofverbruik. Het punt is dat kuiltjes de luchtweerstand alleen in sommige situaties verminderen. In andere situaties heeft een gladde huid de voorkeur. Net als je eigen huid kan een slim morphable oppervlak zich aanpassen aan de omstandigheden eromheen.

Denk aan smorfen als ballonnen: wanneer u een ballon opblaast, wordt het oppervlak glad en strak. Als het volume van de lucht in de ballon echter verandert, bijvoorbeeld door een lek of een verandering in de luchttemperatuur, wordt het oppervlak van de ballon zacht en buigzaam. In het geval van de smorphs, waarvan wetenschappers hopen dat ze de aerodynamica en het brandstofverbruik van auto's zullen verbeteren, zouden ze rimpelig worden. Die rimpels kunnen een grote hulp zijn als het gaat om het bouwen van efficiëntere auto's.

Overschakelen van glad naar kuiltjes heeft betrekking op de "morphability" -component van slimme morphable-oppervlakken, maar het "slimme" deel van de naam is ook een sleutelcomponent. Als je het koud hebt, hoef je je huid niet te vertellen "het is tijd om kippenvel te krijgen". Het weet wat het moet doen op basis van de omstandigheden waarmee het wordt geconfronteerd. Smorphs werken op dezelfde manier. Ze reageren op de omstandigheden waarmee ze worden geconfronteerd om het meest aerodynamische oppervlak te maken.

Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology hebben smorfen op siliconenbasis gemaakt die reageren op omstandigheden en de luchtweerstand verminderen door kuiltjes of glad te worden. Om de kuiltjes te maken, maken onderzoekers de binnenruimte van de smorf druk. De smorf reageert op de verandering van het inwendige volume, zoals de huid van iemand die plotseling zijn bierbuik kwijt is, door een patroon van rimpels en kuiltjes te vormen. Wanneer het inwendige volume wordt verhoogd, wordt de smorph gladgestreken.

Op een auto kunnen sensoren, een computer en software worden aangesloten op de buitenste huid van het voertuig, waarbij de weerstandsmetingen worden gecontroleerd en de kenmerken van de huid worden aangepast om de weerstand te verminderen en het brandstofverbruik te verbeteren.

Deze bol is gemaakt van zacht polymeer met een hol centrum, en een dunne laag van een stijver polymeer. Het wordt kuiltjes wanneer de lucht uit het holle centrum wordt gepompt, waardoor het krimpt. Pedro Reis / MIT

In tegenstelling tot een golfbal of de dijen van mijn tante Mabel (die allebei de hele tijd kuiltjes vertonen), kan een smorph wisselen tussen glad of gerimpeld zijn, afhankelijk van het volume van het materiaal erin. Een golfbal hoeft dit niet te doen, omdat hij zelden sneller gaat dan een snelheid waarbij de kuiltjes niet langer de aerodynamica verbeteren. Auto's kunnen daarentegen veel sneller gaan dan golfballen. Bij hoge snelheden verhogen de kuiltjes de luchtweerstand. En daarom hebben we je gezegd te wachten met het aanbrengen van je eigen kuiltjes in je auto. Als je de snelweg oprijdt, zullen die zelfgemaakte deuken je vertragen.

Onderzoekers denken dat smorphs de buitenkant van een auto kunnen aanpassen om de luchtweerstand te minimaliseren en de aerodynamica te maximaliseren, afhankelijk van de omstandigheden. Als de auto relatief langzaam rijdt, kan de smorph zijn kuiltjes naar voren brengen en zowel de luchtweerstand als de hoeveelheid energie die de auto nodig heeft om te bewegen verminderen. Wanneer de auto sneller gaat, kan de smorph zichzelf gladstrijken om de auto door de lucht te laten glijden. Sensoren aan de buitenkant van de auto kunnen de luchtweerstand aflezen en de huid van de auto indien nodig aanpassen.

Auto's zijn tegenwoordig ontworpen om zo aerodynamisch mogelijk te zijn in de meeste situaties. Maar wat de auto wint in de algemene aerodynamica, verliest hij in specifieke situaties aan aerodynamica. Een auto met een smorphuid kan constant veranderen om zo efficiënt mogelijk te worden, ongeacht de omstandigheden.

Auto's met slimme morphable oppervlakken zijn nog ver weg, maar smorphs openen enkele opwindende mogelijkheden, niet alleen voor auto-ontwerp, maar ook voor lucht- en ruimtevaarttechniek en zelfs bouwmaterialen. Een gebouw met een smorphable oppervlak kan bijvoorbeeld beter bestand zijn tegen harde wind dan een gebouw dat is gemaakt met traditionele materialen.

Netjes, hè? En je dacht dat je cellulitis niets voor je deed.

Opmerking van de auteur: hoe slimme morphable-oppervlakken werken

Als je nadenkt over hoe je het brandstofverbruik van auto's kunt verbeteren, denken de meeste mensen over de technologie die de auto daadwerkelijk beweegt - of wat hem van brandstof voorziet. Het is pas sinds kort, met het gebruik van materialen als aluminium en koolstofvezel in auto's op de massamarkt, dat we ons afvragen of de materialen die we gebruiken om auto's te bouwen kunnen bijdragen aan een verbeterde efficiëntie. Wanneer de meeste mensen zich de auto van de toekomst voorstellen, denken ze aan een supergladde auto die door het verkeer snijdt. Een van vorm veranderende auto met kuiltjes in de huid heeft misschien niet helemaal hetzelfde Tron-achtige gevoel of uiterlijk, maar ik voel me zeker beter over de deuk die ik in mijn spatbord heb gestopt toen ik vorige week probeerde parallel te parkeren.

gerelateerde artikelen

• Hoe aerodynamica werkt
• Hoe windtunnels werken
• Hoe elektrische auto's werken
• Kan een auto 100 mijl per gallon halen?
• 10 Hoaxes voor brandstofbesparende apparaten
• [Quiz] Car Smarts: Green Driving

Bronnen

• Bennington-Castro, Joseph. "Slimme veranderbare oppervlakken kunnen naar believen kuiltjes maken" MRS Bulletin. 39. 8. 655-655. Augustus 2014. (20 oktober 2014) http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=9319822&fileId=S0883769414001766
• Chandler, David L. "Vervormbare oppervlakken kunnen de luchtweerstand verminderen." MIT News. 24 juni 2014. (20 oktober 2014) http://newsoffice.mit.edu/2014/morphable-surfaces-could-cut-air-resistance-0624
• Moeilijk, Andrew. "Dat is geen Bubblegum; het is MIT's 'Morphable' Automotive Skin of the Future." Digitale trends. 29 juli 2014. (20 oktober 2014) http://www.digitaltrends.com/cars/smorph/
• Stockton, Nick. "De snelste auto's van morgen kunnen worden bedekt met veranderlijke skins." Bedrade. 24 juli 2014. (20 oktober 2014) http://www.wired.com/2014/07/the-futures-fastest-cars-could-be-covered-in-morphable-skins/