Hvordan smarte morfable overflater fungerer

Når du er kald, trenger du ikke fortelle huden din "det er på tide å få gåsehud." Den vet hva de skal gjøre basert på forholdene den står overfor. Smorfer fungerer på samme måte. Oleksii Sergieiev / ThinkStock

Neste gang du ser ned og ser cellulitter på lårene, fortvil ikke: Disse hullene kan faktisk gjøre deg raskere og mer aerodynamisk.

Nei, vi tuller ikke. Når du har lært om smarte, morfable overflater, kan det hende at du finner ut at korporal cottage cheese er noe verdt å feire. Du vil også lære at det kan være bra for drivstofføkonomien å få bilen bulket i haglorm i det minste i noen kjøresituasjoner. Før du begynner å feire bulene i bilen din eller huden din, må du imidlertid vite hvor smarte morfable overflater fungerer.

Smarte morfable overflater, eller smorfer, er overflater som endrer seg som svar på forholdene rundt og inni dem. Huden din er på en måte som en smorph. Hvis forholdene i huden din endres, som om du går opp i vekt, endres huden din med den. Begynn å slå Doritos for hardt, for eksempel, og magen din vil vokse. Den gode nyheten er at i motsetning til jeans, vil huden din vokse med den. Hvis du noen gang har vært gravid eller sett magen til en gravid kvinne, vet du at huden din kan strekke seg og være tett over en voksende kroppsdel. Når den kroppsdelen krymper fra å få en baby eller handler Doritos for gulrotpinner, vil huden vanligvis også krympe seg nedover.

Naturligvis krymper ikke huden vår alltid perfekt. Etter et stort vekttap kan vi ha løs hud og strekkmerker. Huden reagerer imidlertid ikke bare på forhold i kroppen. Bruk for lang tid i karet, så får du rynke fingre. Ta turen utenfor naken på en kald dag, så får du gåsehud (samt en sitering, siden offentlig nakenhet er ulovlig de fleste steder). Smorphs er lik hud som den ikke alltid er glatt og slank, og de kan reagere på forhold i og utenfor kroppen. I noen tilfeller kan hulene i en smorph forbedre aerodynamikk og drivstofføkonomi for biler. Hvis bare strekkmerkene dine kan gjøre det samme. Fortsett å lese for å lære hvordan bilen du kjører i fremtiden kan ha en formforskyvende hud som er mørklagt ett minutt og jevn det neste - og det kommer an på kjøreforholdene.

innhold

1. Dimpler og aerodynamikk
2. Smorphs på MIT
3. Smarte morfable overflater og biler

I motsetning til en golfball (som er nedtonet hele tiden), kan en smorph veksle mellom å være glatt eller rynkete, avhengig av volumet på materialet inni den. Airubon / Thinkstock

Ta turen til rideområdet på en fin ettermiddag, så ser du inspirasjonen til å bruke smorfer på biler. Golfballer hjalp til med å informere om noe av arbeidet som ingeniører og andre forskere gjør på smorfer, med forskyvede, rynkete utvendige sider, for biler..

Golfballer ble ikke alltid med vilje bulket. Fram til midten av 1800-tallet var golfballene jevn og ble bare bulket under spill. Å bli truffet hundre eller så ganger per runde vil tross alt sette noen dykker og bulker på deg. Da golfere begynte å merke at de eldre, bulkete ballene gikk lenger, begynte de å kreve den samme ytelsen fra nye golfballer. Og da produsentene begynte å selge bulker, ble den moderne forskjønne golfballen født.

Mistene på en golfball hjelper den med å gå lenger fordi buler ikke lar luften "feste" seg på ballen. I stedet forstyrrer hulene luften nærmest ballen når den beveger seg. Hver hulplass sørger for en liten minisyklon rundt ballen. I stedet for å se ut som en jevn kule med luft som beveger seg over den, ender overflaten av ballen med å se ut som en tekopptur: en sfære som reiser gjennom luften, men med mindre sirkler av kronglete luft rundt seg. Den virvlende bevegelsen hjelper deg med å bevege luften rundt ballen raskere, noe som reduserer vindmotstanden ballen vender mot. Mindre vindmotstand betyr at mindre energi er nødvendig for å bevege ballen en gitt avstand.

På en bil betyr mindre vindmotstand at det trengs mindre energi for å komme videre nedover veien. Det betyr bedre drivstofføkonomi, eller hvis du snakker om elbiler, mindre batteriet. Ikke ta en golfklubb til bilen ennå. Dimpler på biler forbedrer bare effektiviteten i visse situasjoner. Det er her smorfer kommer inn.

Forskere ved Massachusetts Institute of Technology har laget silikonbaserte smorfer som reagerer på forhold og reduserer lufttrekket de blir utsatt for ved å bli svimmel eller glatt. Jorge Salcedo / ThinkStock

Dette er bare en gjetning, men oddsen er at de fleste forbrukere ikke vil kjøpe en ferdig bultert bil, selv om det forbedrer drivstofføkonomien. Saken er at huler bare reduserer vindmotstanden i noen situasjoner. I andre situasjoner er en glatt hud å foretrekke. Akkurat som din egen hud, kan en smart, formbar overflate tilpasse seg forholdene rundt den.

Tenk på smorfer som ballonger: Når du blåser opp en ballong, blir overflaten jevn og tett. Imidlertid, hvis volumet av luften inne i ballongen endres - si på grunn av en lekkasje eller en endring i lufttemperaturen - blir overflaten på ballongen myk og smidig. Når det gjelder smorfer, som forskere håper vil forbedre aerodynamikken og drivstoffeffektiviteten i biler, vil de bli rynkende. Disse rynkene kan være en stor hjelp når det gjelder å bygge mer effektive biler.

Endring fra glatt til forskjøvet dekker "morphability" -komponenten i smarte morfable overflater, men den "smarte" delen av navnet er også en nøkkelkomponent. Når du er kald, trenger du ikke fortelle huden din "det er på tide å få gåsehud." Den vet hva de skal gjøre basert på forholdene den står overfor. Smorfer fungerer på samme måte. De reagerer på forholdene de møter for å gjøre den mest aerodynamiske overflaten.

Forskere ved Massachusetts Institute of Technology har laget silikonbaserte smorfer som reagerer på forhold og reduserer lufttrekket de blir utsatt for ved å bli svimmel eller glatt. For å gjøre kvelene, trykker forskerne det indre rommet til smorfen. Smorfen reagerer på endringen i indre volum, som hud på noen som plutselig mistet ølmagen sin ved å danne et mønster av rynker og huler. Når det indre volumet økes, jevnes smoren ut.

På en bil kan sensorer, en datamaskin og programvare kobles til kjøretøyets ytre hud, sjekke dragmålinger og justere hudens egenskaper etter behov for å redusere motstand og forbedre drivstofføkonomien.

Denne sfæren er laget av myk polymer med et hult senter og et tynt belegg av en stivere polymer. Den blir nedslått når luften pumpes ut fra det hule sentrum, og får den til å krympe. Pedro Reis / MIT

I motsetning til en golfball eller tanten Mabels lår (som begge er nedkantet hele tiden), kan en smorph veksle mellom å være glatt eller rynkete, avhengig av volumet på materialet inni den. En golfball trenger ikke å gjøre dette, fordi den sjelden går over en hastighet der hulrommene slutter å forbedre sin aerodynamikk. Biler derimot kan gå mye raskere enn golfballer. Ved høye hastigheter øker hulene vindstyrken. Og det er grunnen til at vi ba deg om å holde på med å legge dine egne hulder til bilen din. Når du treffer motorveien, vil de hjemmelagde bulene begynne å senke deg.

Forskere tror at smorfer vil la det ytre av en bil tilpasse seg for å minimere dra og maksimere aerodynamikk, avhengig av forholdene. Hvis bilen går relativt sakte, kan smorphen få frem kvelene sine og redusere både dra og mengden energi bilen trenger for å bevege seg. Når bilen går raskere, kan smorphen glatte seg ut slik at bilen kan skli gjennom lufta. Sensorer på utsiden av bilen kan lese vindmotstand og justere bilens hud etter behov.

Biler i dag er designet for å være så aerodynamiske som de kan være i de fleste situasjoner. Men hva bilen vinner i generell aerodynamikk, taper den i aerodynamikk for spesifikke situasjoner. En bil med en smorph hud kan hele tiden skifte for å bli så effektiv som mulig, uansett forhold.

Biler med smarte, morfable overflater er fremdeles et stykke unna, men smorfer åpner for noen spennende muligheter for ikke bare bildesign, men også romfart og til og med byggematerialer. Et bygg med en smorbar overflate, for eksempel, vil kanskje kunne motstå høye vinder bedre enn en laget med tradisjonelle materialer.

Ryddig, ikke sant? Og du trodde at cellulitten din ikke gjorde noe for deg.

Forfatterens merknad: Hvordan smarte morfable overflater fungerer

Når du tenker på hvordan du kan forbedre drivstofføkonomien for biler, er de fleste hjemme på teknologien som faktisk flytter bilen - eller hva som brensler den. Det er først nylig, med bruk av materialer som aluminium og karbonfiber på massemarkedsbiler, at vi har begynt å stille spørsmål ved om materialene vi bruker for å bygge biler kan bidra til økt effektivitet. Når folk flest forestiller seg fremtidens bil, tenker de på en super glatt bil som skiver gjennom trafikken. En formforskyvende bil med mørklagt hud har kanskje ikke helt den samme Tron-esque-følelsen eller utseendet, men det får meg absolutt til å føle meg bedre om bukken jeg satte i fenderen min mens jeg prøvde å parallellparkere forrige uke.

relaterte artikler

• Hvordan aerodynamikk fungerer
• Slik fungerer vindtunneler
• Hvordan elbiler fungerer
• Kan en bil få 100 miles per gallon?
• 10 Hoaxes med drivstoffbesparende enheter
• [Quiz] Car Smarts: Green Driving

kilder

• Bennington-Castro, Joseph. "Smarte morfable overflater kan svimle etter ønske." MRS Bulletin. 39. 8. 655-655. August 2014. (20. oktober 2014) http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=9319822&fileId=S0883769414001766
• Chandler, David L. "Morfable Surfaces Could Cut Air Resistance." MIT Nyheter. 24. juni 2014. (20. oktober 2014) http://newsoffice.mit.edu/2014/morphable-surfaces-could-cut-air-resistance-0624
• Vanskelig, Andrew. "That's Not Bubblegum; It's MIT's 'Morphable' Automobile Skin of the Future." Digitale trender. 29. juli 2014. (20. oktober 2014) http://www.digitaltrends.com/cars/smorph/
• Stockton, Nick. "Morgendagens raskeste biler kan dekkes i morfable skins." Fast. 24. juli 2014. (20. oktober 2014) http://www.wired.com/2014/07/the-futures-fastest-cars-could-be-covered-in-morphable-skins/