Come funzionano le superfici smart morphable

Quando hai freddo, non devi dire alla tua pelle "è ora di avere la pelle d'oca". Sa cosa fare in base alle condizioni che deve affrontare. Gli smorph funzionano allo stesso modo. Oleksii Sergieiev / ThinkStock

La prossima volta che guardi in basso e vedi la cellulite sulle cosce, non disperare: quelle fossette potrebbero effettivamente renderti più veloce e più aerodinamico.

No, non stiamo scherzando. Una volta che hai imparato a conoscere le superfici morbide intelligenti, potresti scoprire che la tua ricotta corporea è qualcosa che vale la pena celebrare. Imparerai anche che ammaccare la tua auto in una tempesta di grandine potrebbe essere positivo per il tuo risparmio di carburante, almeno in alcune situazioni di guida. Tuttavia, prima di iniziare a festeggiare le ammaccature nella tua auto o sulla tua pelle, devi sapere come funzionano le superfici morphable intelligenti.

Le superfici intelligenti morphable, o smorf, sono superfici che cambiano in risposta alle condizioni intorno e al loro interno. La tua pelle è una specie di smorph. Se le condizioni all'interno della tua pelle cambiano, come se aumentassi di peso, la tua pelle cambia con esso. Inizia a colpire troppo forte i Doritos, ad esempio, e la pancia crescerà. La buona notizia è che, a differenza dei tuoi jeans, la tua pelle crescerà con esso. Se sei mai stata incinta o hai visto la pancia di una donna incinta, sai che la tua pelle può allungarsi e rassodarsi su una parte del corpo in crescita. Quando quella parte del corpo si ritira dall'avere un bambino o dal barattare Doritos con bastoncini di carota, di solito anche la pelle si restringe.

Naturalmente, la nostra pelle non sempre si restringe perfettamente. Dopo una grande perdita di peso, possiamo avere pelle flaccida e smagliature. Tuttavia, la pelle non risponde solo alle condizioni all'interno del corpo. Trascorri troppo tempo nella vasca e avrai le dita rugose. Esci nudo in una giornata fredda e ti verrà la pelle d'oca (oltre a una citazione, poiché la nudità pubblica è illegale nella maggior parte dei luoghi). Gli smorph sono una sorta di pelle in quanto non sono sempre lisci ed eleganti e possono rispondere alle condizioni all'interno e all'esterno del corpo. In alcuni casi, le fossette in uno smorph possono migliorare l'aerodinamica e il risparmio di carburante per le auto. Se solo le tue smagliature potessero fare lo stesso. Continua a leggere per scoprire come l'auto che potresti guidare in futuro potrebbe avere una pelle che cambia forma un minuto e levigata un minuto dopo, e tutto dipende dalle condizioni di guida.

Contenuti

1. Fossette e aerodinamica
2. Smorphs al MIT
3. Superfici intelligenti e automobili

A differenza di una pallina da golf (che è sempre increspata), uno smorph può passare dall'essere liscio o rugoso, a seconda del volume del materiale al suo interno. Airubon / ThinkStock

Dirigiti al campo pratica in un bel pomeriggio e vedrai l'ispirazione per usare gli smorph sulle auto. Le palline da golf, con i loro esterni increspati e rugosi, hanno contribuito a informare parte del lavoro che ingegneri e altri ricercatori stanno facendo sugli smorph, ricerca che potrebbe tradursi in una pelle con fossette - e quindi un miglioramento del risparmio di carburante - per le auto.

Le palline da golf non venivano sempre ammaccate intenzionalmente. In effetti, fino alla metà del 1800, le palline da golf erano lisce e si ammaccavano solo durante il gioco. Dopo tutto, essere colpiti un centinaio di volte per round ti farà ammaccare e ammaccare. Quando i giocatori di golf hanno iniziato a notare che le palline più vecchie e ammaccate andavano più lontano, hanno iniziato a richiedere le stesse prestazioni anche alle nuove palline da golf. E quando i produttori iniziarono a vendere palline ammaccate, nacque la moderna pallina da golf con fossette.

Le fossette su una pallina da golf aiutano ad andare più lontano perché le ammaccature non consentono all'aria di "attaccarsi" alla pallina. Invece, le fossette interrompono l'aria più vicina alla palla mentre viaggia. Ogni fossetta crea un piccolo mini ciclone attorno alla palla. Invece di sembrare una sfera liscia con aria che viaggia su di essa, la superficie della palla finisce per assomigliare a un giro in una tazza da tè: una sfera che viaggia nell'aria, ma con cerchi più piccoli di aria rotante tutt'intorno. Quel movimento vorticoso aiuta a muovere l'aria intorno alla palla più velocemente, riducendo la resistenza al vento che la palla deve affrontare. Meno resistenza al vento significa che è necessaria meno energia per muovere la palla per una determinata distanza.

Su un'auto, una minore resistenza al vento significa che è necessaria meno energia per avanzare lungo la strada. Ciò si traduce in un migliore risparmio di carburante o, se si parla di auto elettriche, in un minore esaurimento della batteria. Non portare ancora una mazza da golf alla tua macchina. Le fossette sulle auto migliorano l'efficienza solo in determinate situazioni. È qui che entrano in gioco gli smorfi.

I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology hanno creato smorph a base di silicone che reagiscono alle condizioni e riducono la resistenza dell'aria che devono affrontare diventando increspati o levigati. Jorge Salcedo / ThinkStock

Questa è solo un'ipotesi, ma è probabile che la maggior parte dei consumatori non voglia acquistare un'auto pre-ammaccata, anche se migliora il risparmio di carburante. Il fatto è che le fossette riducono solo la resistenza al vento in alcune situazioni. In altre situazioni, è preferibile una pelle liscia. Proprio come la tua pelle, una superficie morphable intelligente può adattarsi alle condizioni circostanti.

Pensa a smorph come palloncini: quando fai esplodere un palloncino, la sua superficie diventa liscia e tesa. Tuttavia, se il volume dell'aria all'interno del pallone cambia, ad esempio a causa di una perdita o di un cambiamento nella temperatura dell'aria, la superficie del pallone diventa morbida e flessibile. Nel caso degli smorph, che gli scienziati sperano miglioreranno l'aerodinamica e l'efficienza del carburante nelle auto, diventerebbero rugosi. Quelle rughe potrebbero essere di grande aiuto quando si tratta di costruire auto più efficienti.

Il passaggio da liscio a increspato copre la componente "morphability" delle superfici morphable intelligenti, ma anche la parte "smart" del nome è una componente chiave. Quando hai freddo, non devi dire alla tua pelle "è ora di avere la pelle d'oca". Sa cosa fare in base alle condizioni che deve affrontare. Gli smorph funzionano allo stesso modo. Reagiscono alle condizioni che devono affrontare per rendere la superficie più aerodinamica.

I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology hanno creato smorph a base di silicone che reagiscono alle condizioni e riducono la resistenza dell'aria che devono affrontare diventando increspati o levigati. Per creare le fossette, i ricercatori depressurizzano lo spazio interno dello smorph. Lo smorph reagisce al cambiamento del volume interno, come la pelle di qualcuno che ha perso improvvisamente la pancia da birra, formando un motivo di rughe e fossette. Quando il volume interno viene aumentato, lo smorph si appiattisce.

Su un'auto, sensori, un computer e un software potrebbero essere collegati alla pelle esterna del veicolo, controllando le misurazioni della resistenza e regolando le caratteristiche della pelle secondo necessità per ridurre la resistenza e migliorare il risparmio di carburante.

Questa sfera è realizzata in polimero morbido con un centro cavo e un rivestimento sottile di un polimero più rigido. Diventa increspato quando l'aria viene pompata fuori dal centro cavo, facendolo restringere. Pedro Reis / MIT

A differenza di una pallina da golf o delle cosce di mia zia Mabel (entrambe sono increspate tutto il tempo), uno smorph può passare dall'essere liscio a quello rugoso, a seconda del volume del materiale al suo interno. Una pallina da golf non ha bisogno di farlo, perché raramente supera una velocità in cui le sue fossette smettono di migliorare la sua aerodinamica. Le automobili, d'altra parte, possono andare molto più veloci delle palline da golf. Ad alte velocità, le fossette aumentano effettivamente la resistenza al vento. Ed è per questo che ti abbiamo detto di non aggiungere le tue fossette alla tua auto. Quando raggiungi l'autostrada, quelle ammaccature fatte in casa inizieranno a rallentarti.

I ricercatori pensano che gli smorph consentiranno agli esterni di un'auto di adattarsi per ridurre al minimo la resistenza e massimizzare l'aerodinamica, a seconda delle condizioni. Se l'auto procede relativamente lentamente, lo smorph può far emergere le sue fossette e ridurre sia la resistenza che la quantità di energia necessaria per muoversi. Quando l'auto va più veloce, lo smorph può appianarsi per consentire all'auto di scivolare nell'aria. I sensori all'esterno dell'auto possono leggere la resistenza al vento e regolare la pelle dell'auto secondo necessità.

Le auto oggi sono progettate per essere aerodinamiche quanto possono esserlo nella maggior parte delle situazioni. Ma ciò che l'auto guadagna nell'aerodinamica generale, lo perde nell'aerodinamica per situazioni specifiche. Un'auto con una pelle smorfia potrebbe cambiare costantemente per diventare il più efficiente possibile, indipendentemente dalle condizioni.

Le auto con superfici smontabili intelligenti sono ancora lontane, ma gli smorph aprono alcune eccitanti possibilità non solo per il design automobilistico, ma anche per l'ingegneria aerospaziale e persino per i materiali da costruzione. Un edificio con una superficie smorbibile, ad esempio, potrebbe essere in grado di resistere ai venti forti meglio di uno realizzato con materiali tradizionali.

Perfetto, eh? E pensavi che la tua cellulite non stesse facendo niente per te.

Nota dell'autore: come funzionano le superfici morbide intelligenti

Quando si pensa a come migliorare il risparmio di carburante per le auto, la maggior parte delle persone si concentra sulla tecnologia che effettivamente muove l'auto o su cosa la alimenta. È solo di recente, con l'uso di materiali come l'alluminio e la fibra di carbonio sulle auto del mercato di massa, che abbiamo iniziato a chiederci se i materiali che utilizziamo per costruire auto possano contribuire a una maggiore efficienza. Quando la maggior parte delle persone immagina l'auto del futuro, pensa a un'automobile super liscia che taglia il traffico. Un'auto che cambia forma con la pelle con fossette potrebbe non avere la stessa sensazione o aspetto di Tron, ma sicuramente mi fa sentire meglio per l'ammaccatura che ho messo nel paraurti mentre cercavo di parcheggiare in parallelo la scorsa settimana.

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fonti

• Bennington-Castro, Joseph. "Le superfici lucide intelligenti possono creare fossette a volontà." Bollettino MRS. 39. 8. 655-655. Agosto 2014. (20 ottobre 2014) http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=9319822&fileId=S0883769414001766
• Chandler, David L. "Le superfici morbide potrebbero ridurre la resistenza dell'aria". Notizie del MIT. 24 giugno 2014 (20 ottobre 2014) http://newsoffice.mit.edu/2014/morphable-surfaces-could-cut-air-resistance-0624
• Difficile, Andrew. "Quella non è gomma da masticare; è la skin automobilistica 'Morphable' del futuro del MIT." Tendenze digitali. 29 luglio 2014 (20 ottobre 2014) http://www.digitaltrends.com/cars/smorph/
• Stockton, Nick. "Le auto più veloci di domani potrebbero essere coperte con skin morbide." Cablata. 24 luglio 2014 (20 ottobre 2014) http://www.wired.com/2014/07/the-futures-fastest-cars-could-be-covered-in-morphable-skins/