Kuinka haavan lehdet voisivat pelastaa Mars-kulkijat
Järisevän haavan lehdet ja rungot -Populus tremuloides– kauttaVilli puutarha.
Tekniikkaa käyttää luontoa ihmisten ongelmien ratkaisemiseen kutsutaanbiomimikriä. Warwickin yliopiston Coventryssa Englannissa tutkijat sanoivat tällä viikolla (18. maaliskuuta 2019), että he käyttivät tätä tekniikkaa, joka on saanut inspiraationsa tärisevien haapapuiden lehtien ainutlaatuisesta liikkeestä (Populus tremuloides) – suunnitella energiankeräysmekanismi, joka voisi käyttää sääantureita vihamielisissä ympäristöissä. He sanoivat, että mekanismi voisi toimia myös varaenergialähteenä, joka voisi säästää ja pidentää tulevien Mars-kulkijoiden käyttöikää.
Se on erityisen mielenkiintoista nyt, kun se on menetettyMars-kulkija Opportunity, jonka aurinkosähkö lanseerasi suuren Marsin pölymyrskyn viime kesänä.
Jos et ole koskaan ollut haapametsässä, olet missannut jotain. Näiden puiden lehdet - yleisesti kutsutaanQuakiesjoissakin osissa USA:n lounaisosaa – väristä pienimmässäkin tuulessa. Monet ihmiset löytävät nerauhallinen, ja ne ovat varmasti ainutlaatuisen kauniita.
Nämä insinööritutkijat näkivät haavan lehdissä jotain muuta. He havaitsivat, että taustalla olevat mekanismit, jotka tuottavat haavan lehden väristä hiljaisessa tuulessa, voivat tuottaa sähköä, kuten he sanoivat, 'tehokkaasti ja tehokkaasti'. He suunnittelivat lehdestä mallinnetun laitteen, joka hyödyntää tuulen synnyttämää liikettä. Heidän työnsä onjulkaistusisäänApplied Physics Letters, mikä ontarkistettuuseiden toimittajien ja asiantuntijatuomareiden toimesta.
Warwickin yliopistoSam Tucker Harvey– tohtori insinöörikandidaatti – on paperin johtava kirjoittaja. Hän sanoi:
Kaikkein houkuttelevinta tässä mekanismissa on, että se tarjoaa mekaanisen keinon tuottaa tehoa ilman laakereita, jotka voivat lakata toimimasta ympäristöissä, joissa on äärimmäistä kylmää, kuumuutta, pölyä tai hiekkaa. Vaikka potentiaalisen virran määrä, joka voitaisiin tuottaa, on pieni, se olisi enemmän kuin tarpeeksi autonomisten sähkölaitteiden, kuten langattomien anturiverkkojen, virransyöttöön. Näitä verkkoja voitaisiin hyödyntää sovelluksissa, kuten automatisoidussa säätunnistuksessa etä- ja äärimmäisissä ympäristöissä.
Insinöörin professoritPetr DenissenkojaIgor A. Khovanov, molemmat Warwickin yliopistosta, ovat mukana kirjoittamassa uutta paperia. Denissenko huomautti, että yksi tulevaisuuden sovellus voisi olla varavirtalähde tuleville Mars-laskeutujille ja -kulkijoille. Hän sanoi:
Mars-kulkijan Opportunity suorituskyky ylitti huomattavasti sen suunnittelijoiden villeimmät unelmat, mutta planeetan mittakaavan pölymyrsky voitti todennäköisesti jopa sen ahkerat aurinkopaneelit. Jos voisimme varustaa tulevat kulkijat tähän tekniikkaan perustuvalla mekaanisella varaenergian harvesterilla, se voi edistää seuraavan sukupolven Mars-kulkivien ja laskeutujien elämää.
TOlausuntonämä tiedemiehet selittivät:
Avain haapalehtien matalatuuliseen, mutta suuren amplitudin väriseen ei ole vain lehden muoto, vaan mikä tärkeämpää, se liittyy varren tehokkaasti tasaiseen muotoon.
Warwickin yliopiston tutkijat käyttivät matemaattista mallintamista löytääkseen lehden mekaanisen vastineen. Sitten he käyttivät hidasta tuulitunnelia testatakseen laitetta, jossa oli ulokepalkki, kuten Aspen-lehden litteä varsi, ja kaareva terän kärki, jonka poikkileikkaus oli pyöreä, kuten päälehti.
Tämän jälkeen terä suunnattiin kohtisuoraan virtaussuuntaan nähden, jolloin harvesteri pystyy tuottamaan itsestään jatkuvaa värähtelyä epätyypillisen alhaisilla tuulennopeuksilla, kuten haapalehti. Testit osoittivat, että ilmavirtaus kiinnittyy terän takapintaan, kun terän nopeus kasvaa riittävän suureksi, ja toimii siten enemmän kantosiipiä muistuttavana kuin tuulienergian keräämisen yhteydessä tyypillisesti tutkittuja bluffikappaleita.
Luonnossa lehden tärinäalttiutta lisää myös ohuen varren taipumus kiertyä tuulessa kahteen eri suuntaan. Kuitenkin mallintaneet ja testaavat tutkijat havaitsivat, että heidän ei tarvinnut toistaa mekaanisessa mallissaan liikkeen lisämonimutkaisuutta. Pelkästään litteän varren perusominaisuuksien toistaminen ulokepalkissa ja kaarevassa terän kärjessä, jonka poikkileikkaus on pyöreä kaari, joka toimii kuin päälehti, riitti luomaan riittävän mekaanisen liikkeen tehon keräämiseksi.
Tutkijat sanoivat seuraavaksi tutkivansa, mitkä mekaaniset liikepohjaiset sähköntuotantotekniikat pystyisivät parhaiten hyödyntämään tätä laitetta ja kuinka laitetta voitaisiin parhaiten käyttää ryhmissä.
Haluatko tietää lisää siitä, kuinka haavan lehdet tärisevät? Ja kuuntelet niiden ominaista kahinaa? Katso tämä video:
Bottom line: Aspen lehdet tunnetaan ainutlaatuisesta väristä pienimmässäkin tuulessa. Heidän liikkeensä inspiroi Warwickin yliopiston tutkijoita suunnittelemaan uutta energiankeräysmekanismia sääantureille, joka voisi myös toimia varaenergianlähteenä tuleville Mars-kulkijoille.