Tenkende, følende og selvformende materialer

Hva med et fly som kan endre vingene sine midt i flyturen? Se video av framtidens smarte materialer.

Publisert

Materialer slik vi kjenner dem er i stor endring. Ny forskning og materialteknologi har gitt et glimt av hva smarte materialer faktisk kan gjøre. For eksempel plast som raskt kan endre fasong – eller kunstig hud med innebyggede sensorer som kan gi folk med proteser litt av hudfølelsen tilbake.

Noen materialer har allerede en begrenset evne til å reparere seg selv, og usynlighetskapper har allerede vært snakket om i flere år.

To amerikanske forskere har tatt en kikk på hva disse nye materialene kan ha å si for tingene rundt oss, og hva som skal til for at de skal bli en realitet. Artikkelen er publisert i Science.

Inspirasjon fra naturen

Fugler er svært effektive flygere. En av grunnene til det er at de kan endre formen på vingene sine underveis i flyturen. En stor ørn kan forme vingene sine for å stupe, bremse eller glide, og samtidig finjustere for å bruke så lite energi som mulig.

Selv om fuglen er et ekstremeksempel, spekulerer forskerne i muligheten til å overføre noen av disse egenskapene til fly, hvor selve vingen kan endre fasong.

Vingene vil da kunne tilpasse seg luftstrømmene på forskjellige tidspunkt, og gjøre flyvningen raskere, mindre bråkete og potensielt mye mer energieffektiv.

Lettere sagt enn gjort

Men det er ikke lett å utvikle slike vinger. Forskerne viser til designforslag på slike bevegelige vinger med kraftige elektriske motorer som står for bevegelsene. Dette vil øke vekten på vingene, og vinningen går opp i spinningen.

Det er allerede utviklet plastmaterialer som kan bøye seg, for så å låse seg igjen ved hjelp av varmebehandling. Disse kan også sees i videoen øverst på siden.

Selv om materialene skulle fungere som de skal, vil det også måtte trekkes masse kabler til sentraliserte datamaskiner som styrer det som skjer. Alle kablene kan også ligge i veien for de bevegelige mekanismene. En løsning er å kvitte seg med kablene og putte mange datamaskiner rett inn i vingen.

Skal gjøre alt på en gang

Forskerne kaller slike materialer for robotmaterialer. En av de største utfordringene ved å lage slike materialer er at de må gjøre alt på en gang for å fungere skikkelig, ifølge forskerne.

Materialet burde ha integrerte dataprosessorer som takler hver sin lille bit av for eksempel vingen. Forskerne peker på at dette er nesten nødvendig i materialer som må reagere raskt på for eksempel endrete luftstrømmer eller smart kamuflasje som tilpasser seg omgivelsene.

I tillegg til dataprosessorer må vingen ha mekanikk som gjør at den endrer form. Den må også ha sensorer som merker hva som skjer på utsiden, kommunisere med resten av vingen og cockpiten, og den må ha et kraftnett som sender strøm rundt i vingen.

Siden disse materialene gjør så mye på en gang, tror forskerne at det må utvikles av mange forskjellige samarbeidende fagfelt.

For å få i gang forskning og testing av slike materialer, foreslår forskerne kjappe øvelser for studenter som kombinerer mange forskjellige typer kunnskap. Her må de lage enkle robotmaterialer hvor datakraften er fordelt rundt i selve produktet, som samtidig styrer sensorer, motorer og alt annet som materialet skal gjøre.

Hvis utviklingen av slike materialer skyter fart, kan de bli ekstremt nyttige, tror forskerne. De ser blant annet for seg selvreparerende broer, intelligente kamuflasjesystemer og mange andre systemer som ikke er mulige i dag.

Referanser

M. A. McEvoy og N. Correll: Materials that couple sensing, actuation, computation, and communication. Science, mars 2015. DOI: 10.1126/science.1261689. Sammendrag