متافلوئید ماده‌ای قابل برنامه‌ریزی است و قابلیت تنظیم فنری، ویژگی‌های نوری و ویسکوزیته دارد. همچنین قابلیت جابه‌جایی بین سیالات نیوتنی و غیر نیوتنی را دارد.
به گزارش تکناک، متافلوئید یک مایع خاص است که دارای ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد است. این نوع مایعات معمولاً دارای خواص نسبتاً عجیب و غریب هستند، از جمله تغییر شکل در واکنش به فشار، دما یا میدان‌های الکترومغناطیس. این خواص منحصر به فرد باعث شده است که متافلوئیدها در بسیاری از صنایع و فناوری‌ها مورد استفاده قرار بگیرند، از جمله ربات‌های نرم، سامانه‌های حفاظت از زلزله، سامانه‌های تصفيح الكترونيك و غيره.
متافلوئید از یک سوسپانسیون از کره‌های الاستومری کوچک در محدوده 50 تا 500 میکرون (μm) استفاده می‌کند. تحت فشار، این کره‌ها کمانش می‌کنند و باعث تغییر ویژگی‌های سیال می‌شوند.
گروه تحقیقاتی دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد جان A. Paulson (SEAS) طیف وسیعی از کاربردهای مواد متافلوئید را پیشنهاد می‌کنند.
به عنوان مثال، متافلوئید جدید می‌تواند به مهندسان در توسعه محرک‌های هیدرولیکی کمک کند. همچنین می‌تواند ربات‌ها و ضربه‌گیرهای هوشمندی را که قادر به آزادسازی انرژی بر اساس قدرت ضربه هستند، برنامه‌ریزی کند.
علاوه بر این، این ماده نوآورانه می‌تواند به توسعه دستگاه‌های نوری نیز کمک کند که می‌توانند بین حالت‌های شفاف و مات تغییر کنند.
فهرست مطالب
تکامل در مهندسی مواد
در طول سال‌ها، محققان از فرامواد در کاربردهای مختلف استفاده کرده‌اند اما این کاربردها شامل تولید مصنوعی مواد جامد هستند. علاوه بر این، خواص معمولاً با ساختار آنها تعیین می شود تا ترکیب.
برخی از محققان اصلی در بیانیه‌ای مطبوعاتی اظهار داشتند: برخلاف فرامواد جامد، متافلوئیدها توانایی منحصربه‌فردی برای جریان یافتن و سازگاری با شکل ظرف خود دارند.
آنها افزودند: هدف ما ایجاد یک متافلوئید بود که نه تنها دارای این ویژگی‌های قابل توجه باشد، بلکه بستری برای ویسکوزیته قابل برنامه‌ریزی، تراکم‌پذیری و خواص نوری نیز فراهم کند.
محققان از یک تکنیک تولید مقیاس‌پذیر برای ایجاد صدها هزار کپسول کروی بسیار چکش خوار پر از هوا استفاده کردند. سپس این کپسول‌ها را در روغن سیلیکون، معلق کردند.
هنگام اعمال فشار به مایع، کپسول‌ها باز می‌شوند و نیم کره‌ای را تشکیل می‌دهند که شبیه یک عدسی است.
سپس آزاد شدن فشار باعث می‌شود کپسول‌ها به شکل کروی خود برگردند.
چندین ویژگی مایع مثل کدورت و ویسکوزیته این متافلوئید در طول این انتقال، تغییر می‌کنند.
محققان دانشگاه هاروارد بیان می‌کنند که تغییر کمیت، اندازه و ضخامت کپسول‌ها می‌تواند این ویژگی‌ها را تنظیم کند.
بررسی تطبیق‌پذیری متافلوید
محققان تطبیق‌پذیری متافلوئید را با بارگیری آن در یک گیره رباتیک هیدرولیک نشان دادند.
بدون نیاز به سنجش یا کنترل خارجی، متافلوئید انطباق خود را برای سازگاری با فشارهای مختلف تنظیم کرد.
گیره طراحی شده با متافلوئید می‌توانست یک بطری شیشه‌ای، یک تخم‌مرغ و یک بلوبری را بدون هیچ زحمتی و بدون نیاز به برنامه‌ریزی اضافی یا خطر خرد شدن، بردارد.
علاوه بر این، ویژگی‌های نوری متافلوئید با فشار تغییر می‌کنند. این تغییر به این شکل بود که حباب‌های هوا وقتی کپسول‌ها گرد هستند، باعث می‌شوند آب ناشی از هوادهی سفید به نظر برسد، نور را پراکنده می‌کنند و باعث مات شدن مایع می‌شوند. با این حال، کپسول ها به عنوان میکرولنز عمل می کنند، نور را متمرکز می کنند و مایع را در هنگام اعمال فشار شفاف می‌کنند و می‌ترکند.
به گفته محققان، چندین کاربرد احتمالی برای این کیفیت‌های نوری وجود دارد، از جمله جوهرهای الکترونیکی حساس به فشار که تغییر رنگ می‌دهند. همچنین محققان یک گیت منطقی سیال با یک متافلوئید قابل برنامه‌ریزی مجدد را نشان دادند.
محققان رفتار متافلوئید شبیه به سیال نیوتنی را نیز نشان دادند. ویسکوزیته آن تنها در پاسخ به دما تغییر می‌کند. از طرف دیگر، سوسپانسیون به یک مایع غیر نیوتنی تبدیل می‌شود که کپسول‌ها فرو می‌ریزند. این بدان معنی است که افزایش نیروی برشی اعمال شده به افزایش سیالیت تعلیق تبدیل می‌شود.
به گفته محققان، این اولین بار است که یک متافلوئید تغییر از حالت نیوتنی به غیر نیوتنی را نشان می‌دهد.
هدف بعدی آنها بررسی خصوصیات ترمودینامیکی و شنوایی این متافلوئید است. فضای کاربردی برای این متافلوئیدها مقیاس‌پذیر و آسان برای تولید، بسیار بزرگ است.
(زیرنویس تصویر: تصویری انتزاعی از حباب‌های سبز)
