Wie Smart Morphable Surfaces funktionieren

Nein, wir machen keine Witze. Sobald Sie etwas über intelligente morphbare Oberflächen erfahren haben, werden Sie vielleicht feststellen, dass Ihr körperlicher Hüttenkäse etwas ist, das es wert ist, gefeiert zu werden. Sie werden auch erfahren, dass es gut für Ihren Kraftstoffverbrauch sein kann, wenn Ihr Auto von einem Hagelschauer verbeult wird – zumindest in einigen Fahrsituationen. Bevor Sie jedoch anfangen, die Dellen in Ihrem Auto oder Ihrer Haut zu feiern, müssen Sie wissen, wie intelligente morphbare Oberflächen funktionieren.

Intelligente morphbare Oberflächen oder Smorphe sind Oberflächen, die sich als Reaktion auf die Bedingungen um sie herum und in ihnen ändern. Deine Haut ist wie ein Smorph. Wenn sich die Bedingungen in Ihrer Haut ändern, z. B. wenn Sie an Gewicht zunehmen, verändert sich Ihre Haut mit. Fangen Sie zum Beispiel an, die Doritos zu hart zu schlagen, und Ihr Bauch wird wachsen. Die gute Nachricht ist, dass Ihre Haut im Gegensatz zu Ihrer Jeans mitwächst. Wenn Sie jemals schwanger waren oder den Bauch einer schwangeren Frau gesehen haben, wissen Sie, dass sich Ihre Haut über einem wachsenden Körperteil straff und straff dehnen kann. Wenn dieser Körperteil schrumpft, weil er ein Baby bekommen oder Doritos gegen Karottenstäbchen eingetauscht hat, wird die Haut normalerweise auch wieder schrumpfen.

Natürlich schrumpft unsere Haut nicht immer perfekt wieder zusammen. Nach einem großen Gewichtsverlust können wir schlaffe Haut und Dehnungsstreifen haben. Die Haut reagiert jedoch nicht nur auf Bedingungen im Inneren des Körpers. Verbringe zu lange in der Wanne, und du bekommst runzlige Finger. Gehen Sie an einem kalten Tag nackt nach draußen, und Sie werden eine Gänsehaut bekommen (sowie eine Vorladung, da öffentliche Nacktheit an den meisten Orten illegal ist). Smorphe sind so etwas wie Haut, da sie nicht immer glatt und geschmeidig sind und auf Bedingungen innerhalb und außerhalb des Körpers reagieren können. In einigen Fällen können die Grübchen in einem Smorph die Aerodynamik verbessernund Kraftstoffverbrauch für Autos. Wenn nur Ihre Dehnungsstreifen dasselbe tun könnten. Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie das Auto, das Sie in Zukunft fahren könnten, eine sich verändernde Haut haben könnte, die in der einen Minute mit Grübchen und in der nächsten glatt ist – und alles hängt von den Fahrbedingungen ab.

1. Grübchen und Aerodynamik
2. Smorphe am MIT
3. Intelligente morphbare Oberflächen und Autos

Gehen Sie an einem schönen Nachmittag auf die Driving Range und Sie werden die Inspiration für die Verwendung von Smorphs auf Autos sehen. Golfbälle mit ihrem grübchenförmigen, zerknitterten Äußeren trugen dazu bei, einige der Arbeiten zu informieren, die Ingenieure und andere Forscher an Smorphen leisten, Forschungen, die sich in einer grübchenartigen Haut – und damit einem verbesserten Kraftstoffverbrauch – für Autos niederschlagen könnten.

Golfbälle wurden nicht immer absichtlich verbeult. Tatsächlich waren Golfbälle bis Mitte des 19. Jahrhunderts glatt und verbeulten sich nur während des Spiels. Wenn Sie ungefähr hundert Mal pro Runde getroffen werden, werden Sie schließlich einige Dellen und Dellen bekommen. Als Golfer bemerkten, dass die älteren, verbeulten Bälle weiter gingen, fingen sie an, die gleiche Leistung auch von neuen Golfbällen zu verlangen. Und als die Hersteller anfingen, verbeulte Bälle zu verkaufen, war der moderne Golfball mit Grübchen geboren.

Die Grübchen auf einem Golfball helfen ihm, weiter zu gehen, weil die Dellen es der Luft nicht erlauben, am Ball zu „kleben“. Stattdessen unterbrechen die Grübchen die Luft, die dem Ball am nächsten ist, während er sich bewegt. Jedes Grübchen bildet einen kleinen Mini-Zyklon um den Ball herum. Anstatt wie eine glatte Kugel auszusehen, über die Luft strömt, sieht die Oberfläche des Balls am Ende aus wie eine Teetassenfahrt: eine Kugel, die sich durch die Luft bewegt, aber mit kleineren Kreisen aus sich drehender Luft ringsum. Diese Wirbelbewegung hilft, die Luft schneller um den Ball zu bewegen, was den Windwiderstand verringert, dem der Ball ausgesetzt ist. Weniger Windwiderstand bedeutet, dass weniger Energie benötigt wird, um den Ball über eine bestimmte Distanz zu bewegen.

Bei einem Auto bedeutet weniger Windwiderstand, dass weniger Energie benötigt wird, um die Straße hinunter zu fahren. Das führt zu einem besseren Kraftstoffverbrauch oder, wenn Sie über Elektroautos sprechen, zu einer geringeren Batterieerschöpfung. Nehmen Sie jedoch noch keinen Golfschläger mit in Ihr Auto. Grübchen an Autos verbessern die Effizienz nur in bestimmten Situationen. Hier kommen Smorphe ins Spiel.

Dies ist nur eine Vermutung, aber die Chancen stehen gut, dass die meisten Verbraucher kein Auto mit Vorbeulen kaufen wollen, selbst wenn es den Kraftstoffverbrauch verbessert. Die Sache ist, Grübchen verringern nur in einigen Situationen den Windwiderstand. In anderen Situationen ist eine glatte Haut vorzuziehen. Genau wie Ihre eigene Haut kann sich eine intelligente morphbare Oberfläche an die Bedingungen um sie herum anpassen.

Stellen Sie sich Smorphe wie Ballons vor : Wenn Sie einen Ballon aufblasen, wird seine Oberfläche glatt und fest. Ändert sich jedoch das Volumen der Luft im Inneren des Ballons – beispielsweise aufgrund eines Lecks oder einer Änderung der Lufttemperatur – wird die Oberfläche des Ballons weich und biegsam. Bei den Smorphen, von denen Wissenschaftler hoffen, dass sie die Aerodynamik und den Kraftstoffverbrauch von Autos verbessern, würden sie runzlig werden. Diese Falten könnten eine große Hilfe sein, wenn es darum geht, effizientere Autos zu bauen .

Der Wechsel von glatt zu genoppt deckt die „Morphability“-Komponente intelligenter morphbarer Oberflächen ab, aber der „intelligente“ Teil des Namens ist auch eine Schlüsselkomponente. Wenn dir kalt ist, musst du deiner Haut nicht sagen „Zeit für Gänsehaut“. Es weiß, was zu tun ist, basierend auf den Bedingungen, denen es ausgesetzt ist. Smorphe funktionieren auf die gleiche Weise. Sie reagieren auf die Bedingungen, denen sie ausgesetzt sind, um die aerodynamischste Oberfläche zu schaffen.

Forscher des Massachusetts Institute of Technology haben Smorphe auf Silikonbasis entwickelt, die auf Bedingungen reagieren und den Luftwiderstand, dem sie ausgesetzt sind, verringern, indem sie Grübchen oder glatt werden. Um die Grübchen herzustellen, lassen die Forscher den Innenraum des Smorphs drucklos. Der Smorph reagiert auf die Veränderung des inneren Volumens, wie die Haut bei jemandem, der plötzlich seinen Bierbauch verloren hat, indem er ein Muster aus Falten und Grübchen bildet. Wenn das Innenvolumen erhöht wird, glättet sich der Smorph.

Bei einem Auto könnten Sensoren, ein Computer und Software mit der Außenhaut des Fahrzeugs verbunden werden, um die Luftwiderstandsmessungen zu überprüfen und die Eigenschaften der Haut nach Bedarf anzupassen, um den Widerstand zu verringern und den Kraftstoffverbrauch zu verbessern.

Im Gegensatz zu einem Golfball oder den Oberschenkeln meiner Tante Mabel (beide haben ständig Grübchen), kann ein Smorph zwischen glatt und faltig wechseln, je nach Volumen des darin enthaltenen Materials. Ein Golfball muss dies nicht tun, da er selten eine Geschwindigkeit überschreitet, bei der seine Grübchen aufhören, seine Aerodynamik zu verbessern. Autos hingegen können viel schneller fahren als Golfbälle. Bei hohen Geschwindigkeiten erhöhen die Noppen sogar den Luftwiderstand. Und deshalb haben wir Ihnen gesagt, dass Sie damit aufhören sollten, Ihrem Auto Ihre eigenen Grübchen hinzuzufügen. Wenn Sie auf die Autobahn fahren, werden diese hausgemachten Dellen Sie langsamer machen.

Forscher glauben, dass Smorphe es dem Äußeren eines Autos ermöglichen, sich anzupassen, um je nach Bedingungen den Luftwiderstand zu minimieren und die Aerodynamik zu maximieren. Wenn das Auto relativ langsam fährt, kann der Smorph seine Grübchen hervorheben und sowohl den Luftwiderstand als auch die Menge an Energie reduzieren, die das Auto benötigt, um sich zu bewegen. Wenn das Auto schneller fährt, kann sich der Smorph selbst glätten, damit das Auto durch die Luft gleiten kann. Sensoren an der Außenseite des Autos können den Windwiderstand messen und die Außenhaut des Autos nach Bedarf anpassen.

Autos sind heute so aerodynamisch konstruiert, wie sie es in den meisten Situationen sein können. Aber was das Auto an der allgemeinen Aerodynamik gewinnt, verliert es an der Aerodynamik für bestimmte Situationen. Ein Auto mit einer Smorph-Haut könnte sich unabhängig von den Bedingungen ständig ändern, um so effizient wie möglich zu werden.

Autos mit intelligenten morphbaren Oberflächen sind noch ein weiter Weg, aber Smorphs eröffnen einige aufregende Möglichkeiten nicht nur für das Automobildesign, sondern auch für die Luft- und Raumfahrttechnik und sogar für Baumaterialien. Ein Gebäude mit einer verformbaren Oberfläche könnte zum Beispiel starken Winden besser standhalten als eines, das aus traditionellen Materialien gebaut wurde.

Ordentlich, oder? Und Sie dachten, Ihre Cellulite würde nichts für Sie tun.

Anmerkung des Autors: Wie Smart Morphable Surfaces funktionieren

Wenn Sie darüber nachdenken, wie Sie den Kraftstoffverbrauch von Autos verbessern können, konzentrieren sich die meisten Menschen auf die Technologie, die das Auto tatsächlich bewegt – oder was es antreibt. Erst vor kurzem, mit der Verwendung von Materialien wie Aluminium und Kohlefaser in Autos für den Massenmarkt, haben wir begonnen, uns zu fragen, ob die Materialien, die wir zum Bau von Autos verwenden, zu einer verbesserten Effizienz beitragen können. Wenn sich die meisten Menschen das Auto der Zukunft vorstellen, denken sie an ein superglattes Auto, das durch den Verkehr schneidet. Ein sich veränderndes Auto mit Grübchenhaut fühlt sich vielleicht nicht ganz so an wie Tron, aber es lässt mich sicherlich besser fühlen wegen der Delle, die ich letzte Woche beim Versuch, parallel zu parken, in meinen Kotflügel gesteckt habe.

Zum Thema passende Artikel