A kutatók párologtató gépeket építenek

A páratartalom meghajtja a mini autót és lehetővé teszi a LED-ek kigyulladását

Hogyan lehet felhasználni a párolgás erejét, a kutatók konstrukcióikkal mutatják be © ExtremeBio
felolvasta

Hidroenergia másképpen: egy csendesen mozgó mini-autó, mű izmok és egy LED-et kivilágító motor - mindegyik párolgás erejével fut. Mivel a szíve egy olyan gép, amely hajtásként használja a páratartalom különbségeit. Az amerikai kutatók készítették, akik ily módon akarták demonstrálni, hogy a mindenütt jelenlévő párolgás nagy, kihasználatlan erő, jelentette a "Nature Communications" folyóirat.

Hogyan lehet felhasználni a párolgás erejét, a kutatók konstrukcióikkal mutatják be © ExtremeBio

A párolgás mindenütt jelenség, mindenütt előfordul, ahol a víz főzés nélkül gáznemű állapotba kerül. Sok növény a párolgás erejét használja fel spórakapszula vagy sztóma kinyitásához, a cseppek elkezdenek gurulni és táncolni rajtuk keresztül, és még a mikrokozmoszban is ez a mozgásvá alakul. "Ennek a jelenségnek a makroszkopikus eszközökké történő növelése azonban számos problémát jelent" - mondta Xi Chen, a New York-i Columbia University, és munkatársai.

Mesterséges izmok

Korábban a párolgást túl gyengenek és lassúnak tartották ahhoz, hogy ezeket gyakorlatilag felhasználhassák. A kutatóknak azonban sikerült makroszkopikus párologtató gépeket felépíteni. Kísérleteikhez a Bacillus subtilis spóráit használják, amelyek természetüknél fogva erősen reagálnak a levegő páratartalmának változásaira: miközben a környezetük nedvesebbé válik, kiszélesednek és simulnak. Ha száraz, összehúzódnak és kevésbé lesznek.

Ezeket a spórokat a tudósok egy vékony műanyag fóliára alkalmazták, ezáltal a spórák mozgása nagyobb méretre került. Számos ilyen, akár tíz centiméter hosszú műanyag csík kombinálta őket egyfajta mesterséges izommá, amelyet "Hygroscopy Driven Artificial Izmoknak" (HYDRA) kereszteltek. Váltakozó nedves vagy száraz levegőnek kitéve, összehúzódik vagy megnő. Amint Chen és munkatársai beszámolnak, a HYDRA-k továbbra is mozgathatják a saját tömegük 50-szerese súlyát.

A nedves papír meghajtó mini autó

Ezek a HYDRA-k szolgáltak a kutatók számára alapvető építőelemekként két különböző párologtató géphez. Az első változatban Chen és kollégái a spóracsíkokat a Plexilas keréken rögzítették. Ennek felét egy nedves papírral bélelt tokba zárták be. A víz elpárolgott, és a kerék felét magasabb páratartalomnak tette ki. Ennek eredményeként a sporenbesetzen műanyag szalagok kinyújtottak oda. kijelző

"Ez egy apró tömeg-egyensúlyhiányt okoz, amely mozgásba helyezi a kereket" - magyarázza Davis Goodnight, a Columbia University. Gumicsík segítségével a kutatók ezt a forgó motort egy kis mini-autó első kerekeivel kapcsolják össze. És valóban, csak a párolgás ereje által hajtott, a 100 grammos tartály tovább mozgott.

A HYDRA-k és a szelepek közötti visszajelzés révén ez a párologtató gép egyfajta dugattyúként működik. Joe Turner Lin

A páratartalom miatt a LED-ek világítanak

A párolgás ereje ugyanakkor villamos energiát is előállíthat, amint ezt a kutatók bebizonyítják a második párologtató géppel. A spórával borított műanyag csíkokat vízszintesen helyezték el egy kis vízmedence fölé. Rugószerkezettel összekapcsolva a csíkokat fedőlapokkal. Amikor ezeket a szárnyakat bezárják, a kamra páratartalma megemelkedik, és a HYDRA szalagok kinyílnak. Ez mozgatja a rugót és kinyitja a szárnyakat. Ennek eredményeként a kamra páratartalma csökken, és a HYDRA-k ismét összehúzódnak - a szárnyak ismét bezáródnak.

"Így hoztunk létre egy oszcillátort, amely dugattyúszerű mozgást hajt végre" - mondta a kutatók. 31 fokos vízhőmérsékleten minden ciklus csak körülbelül hat másodpercet vett igénybe. "Ez a viszonylag gyors, dugattyúszerű mozgás lehetővé teszi az oszcillátornak, hogy motorként és energiaellátásként működő külső rendszerként működjön" - mondta Chen és munkatársai. Amikor összekapcsolták ezt a párolgási motort egy kis generátorral, akkor elegendő energiát generált ahhoz, hogy két LED villogjon. A mérések azt mutatták, hogy ez a motor végül akár 60 micattatt teljesítményt nyújtott.

"Fel nem használt energiaforrás"

"Bemutatásaink aláhúzzák a környezetünkben lévő víz korábban figyelmen kívül hagyott képességét hasznos szolgáltatások nyújtására" - mondta Chen és munkatársai. A természetben a párolgás mindenütt jelenléte és a szükséges anyagok olcsó költségei miatt a párologtató gépek hasznos alkalmazásokat találhatnak, mondják a kutatók. Példa erre a robot rendszerek vagy érzékelők hajtása. (Nature Communications, 2015: doi: 10.1038 / ncomms8346)

(Természet, 2015.06.17. - NPO)