Formwandler Drohnen ließen aus Metall-Schaum Hybrid

Mini-Drohnen, dass Morph von Flugmaschinen in Unterwasserfahrzeuge durch Ändern der Form ihrer Flügel in der Luft einen Schritt näher, dank eines neuen Materials sein könnte kann, die als ein Hybrid zwischen steifen Schaum für Metall und schwammig wirkt.

Entwickelt von Ingenieuren an der Cornell University, Ithaca, New York, und mit finanzieller Unterstützung von der US Air Force, besteht der Verbundwerkstoff teils aus Silikon und teilweise aus Metall mit einem Schmelzpunkt von 144 Grad Fahrenheit (62 Grad Celsius). Infolgedessen sagte Forscher Maschinen bauen konnte, die Eigenschaften beider Materialien nutzen, der Wissenschaftler.

"Die treibende Vision dahinter der Papageitaucher ist", sagte Studienautor erste Ilse Van Meerbeek, Cornell Doktorand im Bereich des Maschinen-und Anlagenbaus. "Es kann fliegen durch die Luft dann seine Flügel zu verkürzen und Tauchen Sie ein in das Wasser." Ohne diese Fähigkeit würde seine Flügel brechen." [Die 6 erstellt seltsamsten Roboter jemals]

Bei niedrigen Temperaturen, die mechanischen Eigenschaften des Metall kommen in den Vordergrund, macht das Material steif und stark, sagte der Wissenschaftler. Aber, wenn Sie erhitzt, schmilzt das Metall und der Schaum wird weich und elastisch wie Silikon. Dann kann das Material verdreht und beugte sich zu neuen Formen, die es halten wird, wenn die Metall-Schaum-Hybrid wieder abkühlt. Erwärmung des Materials es zurück in seine ursprüngliche Form ohne Verlust der Stärke lässt, fügten sie hinzu.

"Der Air Force Interesse ist weil sie wollen, morphing Flügel für kleine Flugzeuge entwickeln zu können," sagte sie Leben Wissenschaft. "Die Möglichkeit, dies zu tun, ohne bewegliche Teile ist attraktiv, weil dann weniger Teile brechen können."

Gestaltwandlung Materialien

Materialien, die "ihrer Form erinnern" sind ein beliebtes Forschungsgebiet geworden, weil sie eine Reihe von Anwendungen, von selbst zusammenbauen Miniatur-Roboter für medizinische Implantate haben. Aber die meisten Materialien, die bisher untersuchten flache Strukturen, die sich wie Papier Origami Erstellung komplexere Konfigurationen Falten gewesen, sagte Van Meerbeek.

"Uns ist ein komplett in 3D Material, die sowohl in 3D gebildet und sich in 3D verwandelte", fügte sie hinzu.

In einem neuen Papier veröffentlicht in der Zeitschrift Advanced Materials online-Februar 12 beschrieben die Forscher wie der Verbund erstellt wurde, durch Eintauchen des Silikon-Schaums in das geschmolzene Metall und platzieren es in einem Vakuum, so dass das Metall in den Schaum Poren eingesaugt wird, wie die Luft entfernt ist.

Die Materialstruktur ermöglicht nicht nur verwandelten, sondern auch selbst zusammensetzen und Self-heal. Wenn zwei Stück des Materials Side-by-Side und beheizten gestellt werden, wird das Metall schmilzt und verbindet die beiden Teile zusammen mit nur einem leichten Verlust der mechanischen Festigkeit, sagte der Forscher.

Während Van Meerbeek nicht wieviele Heizzyklen testen das Material standhalten konnte, sagte sie, dass es keinen Verlust der Festigkeit oder Elastizität nach fünf Zyklen und in der Theorie, zeigte es weit mehr tolerieren sollte.

Aber abgesehen von Anwendungen in der Luftfahrt, das Material auch als nützlich erweisen könnten für weiche Robotik – der primäre Fokus des Labors an der Cornell University, der die Untersuchung durchgeführt.

"Der Nachteil der weichen Roboter ist, dass nur sie sind in der Lage, so viel Kraft ausüben, weil sie weich sind,", sagte Van Meerbeek. "Konvertieren von weich auf einem steifen Material ist was wir versuchen, in Richtung zu bewegen."

Testen Sie es aus

Um die Möglichkeiten zu demonstrieren, errichtet das Team eine pneumatisch angetriebene weiche Tentakel mit einem Kern aus den neuen Verbund aus. Beim Erhitzen die Tentakel konnte sich frei bewegen, aber beim Abkühlen wurde es stark und steif. [Top 10 Erfindungen, die die Welt veränderten]

Die Fähigkeit eines Materials zum Wechseln zwischen weichen und starren könnte einen Roboter-Greifer für empfindliche Gegenstände zu behandeln, aber immer noch heben sie wenn sie Van Meerbeek sagte, sind schwer, zulassen oder eine "Inspector Gadget"-Stil chirurgische implementieren, die Form on-Demand, mehrere Aufgaben ändert.

"Wenn weiche Roboter gehen, um die gleiche Vielseitigkeit als natürlichen Organismen haben dann sie Materialien, die nicht nur ihre Form, sondern auch ihre mechanische Steifigkeit, spontan ändern können" sagte Carmel Majidi, Associate Professor für Maschinenbau an der Carnegie Mellon University in Pittsburgh, wer war nicht mit der neuen Studie beteiligt, sondern arbeitete auch mit niedrig schmelzende Punkt Metalle für weiche Robotik. "Anstrengungen wie dieser Studie sind ein Schritt in diese Richtung."

Optimierung der Größe der Schaum Poren sollten auch Peugeots das Material steiferen oder flexibler zu machen, aber Van Meerbeek räumt ein, dass es wahrscheinlich nicht stark genug für große strukturelle Teile noch.