การไล่ระดับเชิงกลที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพทำให้ไม้วิศวกรรม

การไล่ระดับเชิงกลที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพทำให้ไม้วิศวกรรม

เทคนิคที่กำหนดรูปทรงไม้ที่สวยงามในขณะที่เปียก จากนั้นทำให้หนาแน่นและทำให้แห้ง สามารถใช้เพื่อเปลี่ยนไม้ให้เป็นวัสดุวิศวกรรมอเนกประสงค์ที่เป็นทางเลือกที่ยั่งยืนแทนวัสดุคอมโพสิตใยแก้ว การใช้งานในอุตสาหกรรมยานยนต์เป็นไปได้ด้วยคุณสมบัติทางกลที่ยอดเยี่ยม “เราเริ่มต้นด้วยการกำจัดลิกนินเมทริกซ์ (ซึ่งทำหน้าที่เป็นกาวระหว่างเส้นใยไม้หรือหลอดลม) 

ในผนังเซลล์พืชและระหว่างเซลล์ 

(มุมเซลล์)” Marion FreyจากETH Zurichในสวิตเซอร์แลนด์ อธิบาย เป็นผู้เขียนหลักของการศึกษานี้ “เมื่อเปียกและไม้ที่ผ่านการคัดแยกแล้วจะอ่อนตัวได้เนื่องจากมีน้ำอยู่ในบริเวณระหว่างเซลล์ ซึ่งช่วยให้สามารถเคลื่อนที่ด้วยแรงเฉือนระหว่างเซลล์ที่แยกออกได้ในขณะนี้”ต้นไม้เลียนแบบนักวิจัยใช้ประโยชน์จากคุณสมบัตินี้เพื่อจัดเส้นใยไม้ในทิศทางที่ต้องการและจัดรูปร่างไม้ให้เป็นรูปทรง 3 มิติด้วยเส้นใยที่จัดแนวได้อย่างลงตัวกับรูปร่าง เทคนิคนี้เลียนแบบวิธีที่ต้นไม้ปรับทิศทางในการจัดแนวเส้นใยเพื่อตอบสนองต่อสภาวะแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงหรือการรับน้ำหนักจากภายนอก

“เมื่ออบแห้ง ไม้ที่คัดแยกแล้วจะหดตัวและระยะห่างระหว่างเซลล์ข้างเคียงลดลง” เฟรย์อธิบาย “สิ่งนี้รวมกับการเสียรูปในผนังเซลล์ (และโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่มุมของเซลล์) ทำให้เกิดการประสานทางกลและพันธะไฮโดรเจนระหว่างเซลล์ ซึ่งนำไปสู่เส้นใยใกล้เคียงที่เชื่อมต่อกัน ซึ่งจะชดเชยการขจัดลิกนินเมทริกซ์และส่งผลให้วัสดุเซลลูโลสแห้งมีความแข็งและความแข็งแรงสูง”ปรับความแรงและความแข็งFrey และเพื่อนร่วมงานกล่าวว่าพวกเขาสามารถปรับแต่งความแข็งแกร่งและความแข็งนี้ได้ด้วยการสร้างการไล่ระดับความหนาแน่นทางกล พวกเขาทำเช่นนี้โดยการทำให้วัสดุหนาแน่นขึ้นหรือโดยการซ้อนชั้นเซลลูโลส ต้นไม้ยังปรับความหนาแน่นตามธรรมชาติเพื่อลดความเข้มข้นของความเครียดภายใต้เงื่อนไขบางประการ

ไม้แกะสลักรูปทรงไม้ที่มีรูปทรงพิเศษที่ไม่ชอบน้ำ นักวิจัยได้ศึกษาความแข็งและความแข็งแรงของวัสดุที่มีความหนาแน่นต่างกันโดยทำการทดสอบแรงดึงของวัสดุเซลลูโลสที่มีความหนาแน่นซึ่งมีปริมาณเส้นใย (FVCs) อยู่ระหว่าง 20% ถึง 85% พวกเขาวัดโมดูลัสยืดหยุ่นแรงดึงในช่วง 5 ถึง 35 GPa และความต้านทานแรงดึงระหว่าง 50 ถึง 270 MPa โดยการเปลี่ยน FVC “สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าวัสดุของเราไม่มีเมทริกซ์ทั้งหมด” เฟรย์กล่าว “ความแข็งแกร่งและความแข็งแกร่งสูงมาจากอินเตอร์ล็อคเชิงกลที่กล่าวถึงข้างต้นทั้งหมด”

ไม้ที่ผลิตได้สามารถ “แช่แข็ง” 

ลงในโครงสร้างที่ต้องการและกันน้ำได้โดยการจุ่มลงในสารแขวนลอยของอนุภาคนาโนไททาเนียมไดออกไซด์ที่กระจายอยู่ใน PDMS/THFการทำไม้เทียมขนาดใหญ่ทางเลือกที่ยั่งยืนสำหรับคอมโพสิตใยแก้ว Frey บอกกับ Physics Worldว่า “งานของเราเปิดช่องทางใหม่สำหรับวัสดุชีวภาพแบบมัลติฟังก์ชั่นที่มีการไล่ระดับสีที่เข้ารหัสไว้ในสถาปัตยกรรมของพวกเขา “หลังจากปกป้องไม้ที่ปราศจากเมทริกซ์จากการดูดซับน้ำแล้ว ก็สามารถนำมาใช้เป็นทางเลือกที่ยั่งยืนแทนวัสดุผสมใยแก้วได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราคาดการณ์ถึงการใช้งานในอุตสาหกรรมยานยนต์”

ทีมงานซึ่งรายงานผลงานในAdvanced Scienceกล่าวว่าขณะนี้ขณะนี้กำลังยุ่งอยู่กับการตรวจสอบผลกระทบของการรักษาแบบแยกส่วนที่แตกต่างกันต่อความสามารถในการขึ้นรูปและประสิทธิภาพเชิงกลของคอมโพสิตขั้นสุดท้าย “เรากำลังมองหาการทำให้วัสดุใช้งานได้จริง เช่น อนุภาคแม่เหล็ก และการขยายขนาดแนวคิดสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม” Frey เปิดเผย

ปัจจุบัน มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเพิ่มเติมเล็กน้อยในทุกวันนี้ ดังนั้นนักออกแบบรถยนต์จึงมองหาวิธีใหม่ในการลดแรงต้าน ขณะนี้ นักวิจัยในฝรั่งเศส เยอรมนี และจีน รวมถึงบางส่วนที่ได้รับการสนับสนุนจากกลุ่มผู้ผลิตรถยนต์ PSA ได้แสดงให้เห็นว่าแรงต้านสามารถลดลง 7% ที่ 90 กม./ชม. โดยการแนะนำเครื่องบินเจ็ตที่พ่นลมจากด้านหลังรถ

ลมหันเหผลกระทบของเครื่องบินเจ็ต

ได้รับการศึกษาในสถานการณ์ที่เลียนแบบยานพาหนะที่เดินทางในลมที่พัดผ่านปานกลางจนอากาศไหลผ่านตัวรถด้วยการหันเห 5° การหันเหคือการหมุนในระนาบแนวนอนที่สัมพันธ์กับทิศทางการเคลื่อนที่ของรถ ลมที่พัดผ่านดังกล่าวทำให้ความสมมาตรของการไหลของอากาศรอบๆ ตัวรถแย่ลง และเพิ่มแรงต้าน ซึ่งทีมงานก็กระตือรือร้นที่จะรับมือ

นักวิจัยได้ติดตั้งหัวฉีดสี่หัวที่ด้านหลังของรถรุ่นหลังทรงสี่เหลี่ยมแบบเรียบง่าย ซึ่งมีความยาวประมาณ 89 ซม. หัวฉีดเชื่อมต่อกับขวดอัดอากาศ และวางแบบจำลองไว้ในอุโมงค์ลมโดยทำมุมเอียง 5 องศา

ทีมงานได้ยิงไอพ่นพัลซิ่งของอากาศผ่านหัวฉีดด้วยความถี่สองความถี่ที่แตกต่างกัน – ความถี่ต่ำอยู่ในหน่วยสิบเฮิรตซ์และความถี่สูงในหน่วยหลายร้อยเฮิรตซ์ ผลกระทบของเครื่องบินไอพ่นคือการปรับรูปแบบการปลุกของรถ ทีมงานพบว่าเครื่องบินไอพ่นความถี่สูงทำหน้าที่เหมือนแผ่นปิดเสมือนโดยขยับกระแสลมอย่างละเอียด ซึ่งจะเพิ่มแรงดันบนพื้นผิวด้านหลังของรถ พวกเขายังพบว่าเครื่องบินไอพ่นความถี่ต่ำช่วยฟื้นฟูความสมมาตรของการปลุก ซึ่งถูกรบกวนด้วยการหันเห พวกเขาพบว่าเจ็ตพัลส์ที่ความถี่สูงและต่ำช่วยลดแรงต้านโดยรวม

ลดความปั่นป่วน“สมมาตรในการปลุกจะเพิ่มแรงกดบนพื้นผิวฐานเท่าๆ กัน นอกจากนี้ ความสมดุลที่ได้รับระหว่างชั้นรับแรงลมและแรงเฉือนใต้ลมมีบทบาทสำคัญในการลดอัตราการถ่ายเทพลังงานจลน์จากการไหลเฉลี่ยไปสู่ความปั่นป่วน ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการลดการลากด้วย” Ruiying Li สมาชิกในทีมจากสถาบัน Pprime กล่าว  ในปัวตีเย

แม้จะประสบความสำเร็จในช่วงแรกๆ ของการทดลองนี้ ยังต้องทำงานอีกมากก่อนที่จะนำเครื่องบินไอพ่นมาใช้กับยานพาหนะเพื่อลดแรงต้าน ความท้าทายที่สำคัญประการหนึ่งคือการลดเสียงรบกวนที่เกิดจากเครื่องบินไอพ่น ในแง่ของการใช้พลังงาน พลังงานที่ใช้โดยระบบนั้นน้อยกว่าการประหยัดพลังงานที่เกิดจากการลดแรงต้านมาก อย่างไรก็ตาม ต้องมีอากาศอัดเพื่อให้ระบบทำงานได้

ลดการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง

Li กล่าวกับPhysics World “ด้วยเครื่องบินไอพ่น เราสามารถลดแรงต้านตามหลักอากาศพลศาสตร์ได้ 7% ที่ 90 กม./ชม. ซึ่งจะช่วยลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง นอกจากนี้ พลังงานที่จำเป็นในการจัดหาเครื่องบินไอพ่นนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับพลังงานที่ลดลงโดยการลดแรงต้าน”

การทดลองเพิ่มเติมกำลังดำเนินการอยู่ และทีมกำลังวางแผนที่จะปรับกระบวนการลดแรงต้านให้เหมาะสมภายใต้สภาวะลมที่เปลี่ยนแปลงโดยใช้การควบคุมป้อนกลับแบบแอคทีฟ ซึ่งจะทำให้การออกแบบมีความเหมาะสมกับการใช้งานในสภาพจริงมากขึ้น

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>slottosod.com