Spil-skiftende materiale til rumfartøjer regulerer sin egen temperatur

Moder Natur er en konstant kilde til teknologisk inspiration. Men hun har også haft årtusinder at lave hendes systemer, så det er ikke nemt at genskabe dem. Tag tilfældet med den menneskelige krop, som besidder et væld af mirakler, at forskere stadig er generationer væk fra at kunne replikere i laboratoriet.

Den menneskelige krops evne til at regulere sin egen temperatur er kun en karakteristisk videnskabsmand ville elske at genskabe og sætte i brug. Og i fredags afslørede en gruppe forskere fra University of Nottingham et nyt polymermateriale, der kan gøre netop det. Leder af Dr. Mark Alston, en professor i miljødesign, har teamet tacklet udfordringen med at indarbejde en kompleks varmeproces i menneskeskabte materialer. Resultaterne blev offentliggjort i sidste uge i et nyt papir i Natur

Hvordan et materiale kan regulere sin egen temperatur

Alston og hans team sagde, at de var inspireret af de processer, de så i blade og dyrevæv og vidste, at det havde potentialet til at løse det irriterende problem med temperaturkontrol i materialevidenskab med applikationer lige fra brændebehandling til rumrejse.

"Nature behandler faktisk termisk styring på en helt anden måde," fortæller Alston Inverse. "Så naturen ser på en absorptionsmetode, hvor de aktivt udnytter og fanger solstrålingsenergi til et materiale, og så tager de energi ud af det materiale, der skal bruges til vækst, spredning af arten eller regulering af temperatur."

Holdet spejlet denne teknik og skabte A5-størrelse enheder, der kan fange og omdirigere energi.De cellelignende strukturer omdirigerer energi ved hjælp af fluider, et forskningsområde, der ofte anvendes i medicinsk forskning, der bruger egenskaber af en væske til at betjene et system. Forskelle i tryk eller strømningshastigheder kan virke som omskifter til cue-reaktioner.

Fysikken kan lyde skræmmende, men din krop bruger hele tiden væske til almindelig temperatur i en mere velkendt proces, sved.

"Så meget lig den menneskelige krop, hvor hvis vi sidder ned, flyder væsken i vores kroppe ikke så hurtigt, så det er lavt flow," forklarer Alston. "Men hvis vi begynder at løbe meget hurtigt, genkender kroppen et kravændring, så strømmen i menneskekroppen vil begynde at øge omsætningen hurtigere, fordi den har brug for energi og derfor sveder vi mere."

Hvad bruges disse til?

Kraften til termisk selvregulering åbner astronomiske muligheder - i begge sanser af ordet. Hvis det er konstrueret i siliciumform, kan materialet pakkes rundt om huden for at overvåge brændeofre skader eller krympes ned til chipstørrelse og anvendes i halvledere. Men især, hvis det integreres i rumfartøjsdesign, kan materialet bekæmpe den intense termiske belastning, der følger med en tur til rummet.

Fordi hver celle er en individuel enhed, der fungerer ud fra sine egne indgange, kan en række af dem passe perfekt ind i rumapplikationer. Naboende enheder kan have helt forskellige reaktioner, så arbejdet ind i et rumfartøjs legeme, en enhed i sollys og en enhed i skygge kunne være lige ved siden af ​​hinanden, mens der opretholdes en behagelig temperatur for materialet - alt uden nogen manuel arbejde fra besætningen. Sig farvel til varmeflader.

Gruppen håber at samarbejde med rumbranchen om at opgradere sine aktiviteter og fortsætte med at teste deres natur-inspirerede materiale.

"Naturens skønhed er, at det ser ubesværet ud," fortæller Alston Inverse. Det er meget løst, funktionaliseret, og det er det, vi forsøger at gøre."

Relateret video: Hvordan planter bryder en sved