Новое углеродное волокно может заменить механические системы для аэродинамики и робототехники

Представьте себе лопасти ветряных турбин, которые меняют форму для достижения максимальной эффективности при различных скоростях ветра, или крылья самолетов, которые изгибаются и изменяют свою форму без гидравлических рулей и элеронов. Это два возможных применения углеродного волокна, представленного исследователями в Швеции.

Способный изменять форму с помощью электронных импульсов, новый твердотельный композит из углеродного волокна был продемонстрирован исследователями из Королевского технологического института KTH в исследовании, посвященном проверке концепции.

Соавтор Дэн Зенкерт (Dan Zenkert) говорит, что материал демонстрирует все полезные свойства материала с изменяющейся формой – без недостатков, которые мешают другим изобретениям взлететь, таких как вес и недостаточная механическая жесткость.

По словам Ценкерта, современные технологии морфинга, которые могут использоваться в робототехнике и штангах-спутниках, основаны на системах тяжелых механических двигателей, гидравлических и пневматических насосах или соленоидах для создания изменений формы. Эти механически сложные системы добавляют так называемый лишний вес и требуют больших затрат на обслуживание.

По его словам, один из способов уменьшить механическую сложность – это использовать твердотельные морфинговые материалы.

“Мы разработали совершенно новую концепцию”, – говорит Зенкерт. – “Он легкий, более жесткий, чем алюминий, и материал меняет форму с помощью электрического тока”. По его словам, материал способен вызывать большие деформации и удерживать их без дополнительной мощности, хотя и с низкой скоростью.

Композит состоит из трех слоев, два из которых представляют собой коммерческие углеродные волокна, легированные ионами лития с каждой стороны тонкого сепаратора. Когда каждый из слоев углеродного волокна имеет одинаковое распределение ионов, материал является прямым. При подаче электрического тока ионы лития мигрируют с одной стороны на другую, вызывая изгиб материала. Изменение направления тока позволяет материалу вернуться в состояние равновесия и восстановить свою прежнюю, изогнутую форму.

“Мы некоторое время работали со структурными батареями, такими как композиты из углеродного волокна, которые также накапливают энергию, как литий-ионная батарея” , – говорит Ценкерт. – “Теперь мы доработали работу. Мы ожидаем, что это может привести к совершенно новым концепциям материалов, которые меняют форму только с помощью электрического контроля материалов, которые также являются легкими и жесткими”.

Исследователи теперь продвигаются вперед с использованием легких и конструкционных материалов с еще большим количеством функций и с конечной целью эффективности использования ресурсов и устойчивости.

По материалам Techxplore