Aštuonkojų įkvėpti mokslininkai išrado technologiją, naudingą elektros gavybai ir robotikai

Energijos išgavimui naudojama medžiaga gali keisti formą

Energetikos sritį pasirinkę mokslininkai nuolat ieško naujų alternatyvų, kurios padėtų saugiai ir efektyviai išgauti elektros energiją. Panašu, jog vieną iš galimų sprendimų spėjo atrasti tyrėjai iš Šiaurės Karolinos valstijos universiteto. Jie išmoko sėkmingai panaudoti skystą metalą, kad judesį paverstų elektra. [1] Mokslininkų sukurtas prietaisas ne tik gali veikti drėgnoje aplinkoje, bet ir yra minkštas, gali būti tampomas ar kitais būdais keičiama jo forma, o tai darant sukuriama energija.

Michaelis Dickey'as, vienas iš šio išradimų autorių ir chemijos bei biomolekulinės inžinerijos profesorius, aiškino: [3]

„Mechaninės energijos, tokios kaip kinetinė vėjo, bangų, kūno judesių ir variklių vibracija, yra gausu. Mes sukūrėme prietaisą, kuris gali paversti tokio tipo mechaninį judesį elektra. Ir vienas iš jo nuostabių bruožų yra tai, jog jis puikiai veikia po vandeniu.“

Šio elektrą išgaunančio įrenginio pagrindas – skystas metalo lydinys, pagamintas iš galio ir indžio. Mokslininkų sukurtas prietaisas nebijo vandens ar formos pokyčių, nes yra apgaubtas hidrogeliu – minkštu, elastingu polimeru, išbrinkusiu su vandeniu.

Hidrogelio vandenyje yra ištirpusių druskų, vadinamų jonais. Jonai spiečiasi prie metalo paviršiaus, o tai gali sukelti metalo krūvį. Padidinus metalo plotą, atsiranda didesnis paviršius, kuris sėkmingai pritraukia krūvį. Tokiu būdu yra gaminama elektros energija, kurią pagauna prie prietaiso prijungta viela.

Stebint vaizdinę šios technologijos medžiagą [2] galima matyti akivaizdų jos pranašumą - metalo lydinį, apgaubtą geliu, be jokio vargo ar neigiamų pasekmių galima ne tik patalpinti po vandeniu, bet ir tampyti ar suspausti. Kitaip tariant, įrenginys gali veikti įvairiose terpėse bei keisti formą, bet vis tiek išlikti funkcionalus ir toliau generuoti elektros energiją.

Išradimas išsiskiria neįprasta savybe – gali veikti net ir vandenyje

Kaip teigia išradėjai, šis įrenginys yra itin universalus, kalbant apie energijos surinkimą. Jo minkštumas, galimybė deformuotis dėl bet kokio mechaninio judesio, paverčia įrenginį itin patrauklų elektros energijos gamybos srityje. Jį galima tempti, sukti, spausti, tačiau išradimui vis tiek nieko nenutiks ir iš to jis netgi pagamins energiją. Iš tiesų naudojamas hidrogelis taip pritaikytas prie galimų pokyčių, jog jį galima ištempti iki penkis kartus didesnio dydžio nei jo pradinis ilgis.

Eksperimentų metu mokslininkai nustatė, kad deformavus prietaisą vos keliais milimetrais, sukuriamas maždaug 0,5 mW m-2 galios tankis. Tai – išties geri rodmenys, kuriuos galima palyginti su keliomis populiariomis energijos surinkimo technologijų klasėmis. Tik skirtingai nei kiti įrenginiai, šis turi aiškų pranašumą. Mokslininkai aiškina: [3]

„Tačiau kitos technologijos gerai neveikia, jei išvis veikia, drėgnoje aplinkoje. Ši unikali funkcija gali būti pritaikyta nuo biomedicinos sričių iki sportinių drabužių, skirtų jūrinei aplinkai. Be to, prietaisą lengva pagaminti. Yra būdas padidinti galią, todėl mūsų aprašytą darbą laikome koncepcijos įrodymu.“

Kaip pranešama, tyrėjai jau dirba prie dviejų su šia technologija susijusių projektų. Abu jie gan skirtingi: pirmojo projekto tikslas – panaudoti šią naują technologiją nešiojamiems įrenginiams maitinti, jos pagalba didinant kombaino galią, o antrajame projekte vertinama, kaip ši technologija galėtų būti panaudota bangų energijai iš vandenyno surinkti.

Mokslininkus, kurie sukūrė prietaisą, turintį ir roboto, ir kompiuterio charakteristikų, įkvėpė aštuonkojai

Kad ir kaip keistai tai skambėtų, tačiau naująją technologiją mokslininkai sukūrė įkvėpti aštuonkojų. Šis skystą metalą ir ir hidrogelį pasitelkiantis išradimas suvokia, apskaičiuoja ir reaguoja be jokio centralizuoto apdorojimo, tad iš esmės tai yra tarytum roboto ir kompiuterio charakteristikų turintis prietaisas, kuris visgi nėra nei robotas, nei kompiuteris.

Mokslininkai mano, kad tokia technologija bus lengvai pritaikyta ne tik energetikoje, bet ir tokiose dabar bei ateityje itin svarbiose srityse kaip minkštoji robotika ar protezavimas. Michaelis Dickey'as pasakoja: [4]

„Mes tai vadiname „minkšta lytėjimo logika“ ir sukūrėme keletą prototipų, įrodančių jos gebėjimą priimti sprendimus materialiniu lygmeniu (ten, kur jutiklis gauna įvestį) o ne pasikliauti centralizuota puslaidininkių logika.“

Kalbėdamas kuo tai susiję su aštuonkojais, mokslininkas paaiškino:

„Mūsų požiūrį įkvėpė aštuonkojai, kurie turi centralizuotas smegenis, bet taip pat turi reikšmingas neuronų struktūras visose galūnėse. Tai padidina galimybę, kad galūnės gali „priimti sprendimus“, pasikliaudamos jutimu, be tiesioginio nurodymo iš smegenų.“

Mokslininkų pagamintų prototipų esmė yra bendra struktūra. Kuriant šiuos įrenginius pigmentai, keičiantys spalvą skirtingoje temperatūroje, sumaišomi į minkštą, tamprią silikono formą. Pigmentuotame silikone yra išsiraizgę kanalai, pripildyti skysto metalo, kuris tarytum sukuria vielinę nervų sistemą.

Kaip jau minėjome, toks išradimas nebijo jo deformavimo. Netgi atvirkščiai - suspaudžiant ar ištempiant silikoną, deformuojamas skystas metalas ir taip padidėja jo elektrinė varža ir pakyla temperatūra, kai pro jį praeina srovė. Aukštesnė temperatūra pakeičia jautrių temperatūrai dažų spalvą. Tad iš esmės galima sakyti, jog mokslininkų sukurta struktūra yra tokia suderinta, kad geba jausti prisilietimą ir įtampą.

Mokslininkai tikina, jog šis išradimas turėtų atverti platesnius kelius įvairiose srityse, nes gilinamasi į sprendimų priėmimo projektavimą minkštose medžiagose: [4]

„Yra gyvų organizmų, kurie gali priimti sprendimus nesiremdami kietu centralizuotu procesoriumi. Imituodami šią paradigmą, parodėme medžiagomis pagrįstą paskirstytą logiką, naudojant vien minkštas medžiagas.“

Mokslininkai šiuo metu ieško būdų, kaip sukurti sudėtingesnes minkštas grandines. Jų įkvėpimo šaltiniu vis dar yra biologinės sistemos. Jei tokios technologijos ir toliau bus atkakliai kuriamos bei tobulinamos, tikėtina, jog jos padarys tikrą revoliuciją ne tik energetikos, bet ir biomedicinos, robotikos ir kitose srityse.