Spelveranderend materiaal voor ruimtevaartuig regelt zijn eigen temperatuur

Moeder Natuur is een constante bron van technologische inspiratie. Maar ze heeft ook millennia de tijd gehad om haar systemen te maken, dus het opnieuw maken ervan is geen gemakkelijke taak. Neem het geval van het menselijk lichaam, dat een veelheid aan wonderen bezit die wetenschappers nog steeds generaties verwijderd zijn van de mogelijkheid zich in het laboratorium te kunnen vermenigvuldigen.

Het vermogen van het menselijk lichaam om zijn eigen temperatuur te reguleren is slechts één kenmerk dat wetenschappers graag zouden willen recreëren en gebruiken. En afgelopen vrijdag onthulde een groep onderzoekers van de Universiteit van Nottingham een ​​nieuw polymeermateriaal dat precies dat kan. Geleid door Dr. Mark Alston, een professor in milieu-ontwerp, heeft het team de uitdaging aangepakt om een ​​complex thermisch proces op te nemen in door de mens ontworpen materialen. De resultaten zijn vorige week gepubliceerd in een nieuw artikel in Natuur

Hoe een materiaal zijn eigen temperatuur kan regelen

Alston en zijn team zeiden dat ze geïnspireerd waren door de processen die ze zagen in bladeren en dierlijk weefsel en wisten dat het de potentie had om het vervelende probleem van temperatuurregeling in de materiaalwetenschap aan te pakken, met toepassingen variërend van brandwondenbehandeling tot ruimtevaart.

"De natuur houdt zich op een heel andere manier bezig met thermisch beheer", vertelt Alston omgekeerde. "Dus de natuur kijkt naar een absorptiebenadering, waarbij ze actief zonnestralingsenergie opnemen in een materiaal en vervolgens de energie uit het materiaal halen om te worden gebruikt voor groei, proliferatie van de soort of regeling van de temperatuur."

Het team weerspiegelde deze techniek door eenheden van A5-formaat te creëren die energie kunnen vastleggen en omleiden.De celachtige structuren sturen energie om met behulp van fluïdica, een onderzoeksgebied dat vaak wordt gebruikt in medisch onderzoek dat eigenschappen van een vloeistof gebruikt om een ​​systeem te bedienen. Verschillen in druk of stroomsnelheden kunnen fungeren als schakelaars naar cue-reacties.

De natuurkunde klinkt misschien angstaanjagend, maar je lichaam gebruikt de hele tijd fluïdica tot normale temperatuur in een bekend proces, zweten.

"Dus erg vergelijkbaar met het menselijk lichaam, waar als we gaan zitten, de vloeistof in ons lichaam niet zo snel beweegt, dus het is weinig stroom," legt Alston uit. "Maar als we heel snel gaan lopen, herkent het lichaam een ​​verandering in de behoefte, dus de stroom in het menselijk lichaam zal de circulatie sneller laten toenemen omdat het de energie nodig heeft en daarom transpireren we meer."

Waar worden deze voor gebruikt?

De kracht van thermische zelfregulering opent astronomische mogelijkheden - in beide betekenissen van het woord. Indien geconstrueerd in siliciumvorm, zou het materiaal rond de huid kunnen worden gewikkeld om brandwonden aan het slachtoffer te bewaken, of worden verkleind tot chipgrootte en gebruikt in halfgeleiders. Maar het belangrijkste is dat het materiaal, als het is geïntegreerd in het ontwerp van ruimtevaartuigen, de intense thermische stress kan tegengaan die gepaard gaat met een reis naar de ruimte.

Omdat elke cel een individuele eenheid is die functioneert op basis van zijn eigen ingangen, zou een reeks ervan perfect kunnen passen in ruimtetoepassingen. Aangrenzende eenheden kunnen volledig verschillende reacties hebben, dus in het lichaam van een ruimtevaartuig worden verwerkt, een eenheid in zonlicht en een eenheid in de schaduw kan vlak naast elkaar staan ​​terwijl een comfortabele temperatuur voor het materiaal behouden blijft - allemaal zonder enig handmatig werk door de bemanning. Zeg vaarwel tegen warmtevlekken.

De groep hoopt samen te werken met de ruimtevaartindustrie om haar activiteiten op te schalen en door te gaan met het testen van hun op de natuur geïnspireerde materiaal.

"De schoonheid van de natuur is dat het er moeiteloos uitziet", vertelt Alston Inverse. Het is erg opgelost, gefunctionaliseerd en dat is wat we proberen te doen."

Gerelateerde video: hoe planten een zweet breken