Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса разработали двигатель, работающий на капле жидкого металла вместо традиционных жестких компонентов. Это открывает путь к созданию миниатюрных, гибких и бесшумных моторов для нового поколения устройств.
«Это совершенно новый способ создания движения, — говорит доктор Приянк Кумар, руководивший проектом. — Мы используем поток самого жидкого металла для создания вращения, без каких-либо традиционных движущихся частей. Это просто, компактно и по своей природе гибко».
В отличие от предыдущих попыток, ученые впервые поместили вращающийся элемент — крошечную медную лопатку — непосредственно внутрь жидкого металла. Этот метод позволил напрямую задействовать мощные внутренние вихри, возникающие в капле, и достичь скорости вращения до 320 оборотов в минуту — почти в пять раз быстрее, чем у любого ранее созданного аналога.
Принцип работы: электрохимия вместо магнитов
В отличие от обычных двигателей, которые основаны на магнитных полях, этот механизм использует электрохимические процессы. Приложенное к раствору электрическое поле создает градиенты поверхностного натяжения и электрогидродинамические потоки вдоль поверхности капли жидкого металла. Это, в свою очередь, запускает внутренние вихри, которые и передают крутящий момент на погруженную лопатку.
Аспирант Ричард Фукс, разработавший двигатель, так описал элегантность конструкции: «Красота этой конструкции — в её простоте, это как миниатюрное водяное колесо. Подобно тому, как текущая вода толкает лопасти колеса, вращающийся жидкий металл толкает медные лопасти».
Применение в медицине и не только
Мягкая, адаптивная природа двигателя делает его особенно перспективным для применения там, где жесткие компоненты непригодны. Больше всего от этой технологии может выиграть мягкая робототехника, которая часто требует машин, способных сгибаться, растягиваться или протискиваться в ограниченные пространства.
«Представьте себе крошечного робота, который может перемещаться по узким неровным пространствам внутри человеческого тела, приводимого в движение двигателями, которые являются мягкими и гибкими, а не твёрдыми и хрупкими», — сказал профессор Курош Калантар-Заде, соавтор проекта. «Именно на такое будущее указывает эта технология».
Помимо робототехники, исследователи отметили, что двигатели на жидком металле могут использоваться в микрофлюидных устройствах для управления потоками жидкостей и в биомедицинских имплантатах, где требуется компактное автономное движение в деликатных условиях.
Преимущества и следующие шаги
Главные плюсы нового двигателя — его простота, гибкость и легкость миниатюризации. Однако, как честно признает профессор Калантар-Заде, текущая версия является прототипом. Следующим важным шагом для команды станет работа над повышением энергоэффективности — необходимо снизить напряжение и ток, требуемые для работы мотора.
Тем не менее, эта разработка является фундаментальным шагом вперед, демонстрируя совершенно новый и более эффективный способ преобразования электричества в движение на микроуровне.