Продемонстрирован образец электродвигателя из жидкого металла (научпоп статья)

В Университете Нового Южного Уэльса (UNSW) разработан новый тип двигателя, который вращается не за счет жестких деталей, а благодаря капле жидкого металла. Этот прорыв может произвести революцию в области мягкой робототехники, гибкой электроники и медицинских устройств.

Роторный лопастной двигатель на капле жидкого металла описан в журнале npj Flexible Electronics. Работает он по совершенно новому принципу. Вместо традиционных жестких компонентов, таких как катушки или магниты, вращение создается за счет вихревых потоков внутри капли жидкого металла, помещенной в раствор электролита, через который пропускают импульсы тока.

Капля эвтектического сплава галлия и индия служит своеобразным рабочим телом мотора. Электрическое поле порождает в ней эффект Марангони — завихрения, которые вращают медный ротор. Напряжение периодически снимается, чтобы щелочь растворяла образовавшуюся оксидную пленку.

«Это принципиально новый способ получения движения. Для вращения мы задействуем потоки жидкого металла — без каких-либо традиционных подвижных частей. Конструкция проста, компактна и априори гибка. Достигая скорости в 320 оборотов в минуту, наш двигатель задает новый стандарт для приводов на жидком металле. Он доказывает, что текучие металлы способны создавать вращение и открывает путь к целому новому классу двигателей», — подчеркивает инженер-химик Приянк Кумар из UNSW, руководивший проектом.

Двигатели — неотъемлемая часть повседневной жизни, хотя мы часто их не замечаем. Они заставляют вибрировать наши телефоны, вращают вентиляторы охлаждения в ноутбуках и регулируют фокус в камерах. В основе работы этих машин лежит преобразование энергии — будь то электричество или механический поток — в крутящий момент, который вращает валы и приводит в действие все — от стиральных машин до дронов. Поскольку так много устройств полагается на вращательное движение, любой новый подход к созданию моторов может изменить облик техники в наших домах, в промышленности и даже в медицине.

Жидкометаллический двигатель может быть особенно полезен там, где неприменимы традиционные жесткие компоненты. Например, мягкая робототехника часто требует машин, которые могут сгибаться, растягиваться или сжиматься, чтобы проникнуть в ограниченные пространства. Жесткие шестерни и валы затрудняют это, но двигатель, который сам по себе мягкий и адаптивный, может открыть совершенно новые пути в проектировании роботов.

«Представьте крошечного робота, способного перемещаться по узким, сложным пространствам внутри человеческого тела, приводимого в действие мягкими и гибкими, а не твердыми и хрупкими двигателями. Вот к какому будущему ведет нас эта технология», — говорит профессор Курош Калантар-Заде из Сиднейского университета.

«Красота этой конструкции в ее простоте — она похожа на миниатюрное водяное колесо, — добавляет аспирант Ричард Фукс, разработавший двигатель. — Подобно тому, как поток воды толкает лопасти колеса, вращающийся жидкий металл приводит в движение медные лопасти».

Помимо робототехники, двигатели на жидком металле могут найти применение в гибкой электронике, микрофлюидных устройствах и биомедицинских имплантатах, где требуется компактное, автономное движение в ограниченных или деликатных средах. Их простота и адаптивность могут позволить инженерам создавать машины, которые ранее казались невозможными.