НАУЧНЫЙ ФАКТ
ТЕХНОЛОГИИ
Умная вода, умная пыль
Все умнеет – кроме человека. Вот уже
появились, оказывается, и «умные» материалы
Все умнеет – кроме человека. Вот уже
появились, оказывается, и «умные» (по-английски –
smart) материалы. Так называют вещества (чаще всего
жидкости), которые направленным образом меняют
свойства под воздействием электрического или
магнитного поля. В первом случае это ER-вещества,
во втором – MR. Их особенности связаны с тем, что
такие жидкости представляют собой масляные
растворы, в которых плавают крохотные
диэлектрические или магнитные частицы. Пока
частицы располагаются беспорядочно, жидкость
течет свободно. При включении поля частицы
выстраиваются определенным образом, и жидкость
становится вязкой. Эту вязкость можно по желанию
менять в широких пределах вплоть до полной
нетекучести, затвердевания. Вот как это выглядит
на примере.
На вас надет костюм, в котором циркулирует
«умная» жидкость. Вы видите, что в вас целятся.
Нажатие кнопки, включение поля – и жидкость в
костюме мгновенно затвердевает до
пуленепробиваемости. Это кажется эффектом из
дешевого научно-фантастического фильма, но на
самом деле это почти реальность. В
Массачусетском технологическом институте уже
идут испытания такого материала. «Умная»
жидкость вскоре сможет защищать солдат.
Что еще могут делать эти «умные» вещества?
Ведущей фирмой по производству MR-жидкостей
сейчас является американская «Лорд корпорейшн».
В 1997 году она добилась первого серьезного успеха,
применив «умную» жидкость в подвесках
автомобилей. Работает эта схема так. Чуткие
сенсоры (на радарах) щупают профиль лежащей перед
автомашиной дороги (грубо говоря, ухабы и рытвины
предстоящего пути). Эту информацию они
непрерывно передают на демпфер.
Электромагнитный виток внутри демпфера
воспринимает ее и создает необходимой величины
магнитное поле. Поле, в свою очередь, меняет
вязкость «умной» жидкости в демпфере до нужной
величины, то есть так, чтобы упругость подвески
соответствовала сиюминутной потребности. Такая
система не нуждается ни в электромеханических
клапанах, ни в движущихся частях, это ее большое
преимущество над обычными.
Опыт показал, что там, где рытвины и ухабы
встречаются не ежеминутно, «умный» демпфер
работает почти идеально. Иными словами, в России
его внедрять не стоит. Но кроме того, он пока еще
дорог, и поэтому на данный момент «умное»
демпфирование применяет только фирма «Дженерал
моторс». С 2002 года она уже выпустила 100 тысяч
таких машин – спортивных, специальных и «для
богачей». Но ничего, дойдет и наш черед.
Еще один пример. Фирма «Форд» решила, что «умные»
жидкости лучше применять в коробках передач –
это дешевле подвески, но тоже гарантирует
потребителю новые удобства. Пробные образцы
таких коробок передач с постепенным, медленным
нарастанием магнитного поля и вязкости масла
продемонстрировали полную бесшумность и
мягкость переключения скоростей.
Этими двумя примерами дело не ограничивается.
Фирма «Форд» то и дело объявляет о придуманных ее
инженерами новых применениях «умных» веществ.
Уже показано, как использовать эти вещества для
уменьшения тряски в стиральных машинах. Теперь
те же инженеры продемонстрировали «сейсмические
демпферы». Они будут встраиваться в опоры зданий
для уменьшения сейсмической опасности. Все те же
сенсоры автоматически реагируют на колебания
почвы и включают магнитное поле нужной величины.
Вязкость «умной» жидкости возрастает, и она
благополучно поглощает энергию сейсмического
толчка. В Китае «умные» демпферы встроены в
некоторые большие мосты.
Отдельные маленькие фирмы, идущие в фарватере
«Форда», разработали демпфирующие системы для
уменьшения вибраций при запуске ракет. Это очень
важно. Такие вибрации способны повредить
аппаратуру запускаемых спутников. Но, пожалуй,
самым экстравагантным может показаться
применение MR-жидкости в новейших автомашинах
типа «driveby-wire». В этих машинах движения руля
передаются на колеса не механически, а по
проводам. При этом, однако, водитель не ощущает
дороги. Оказывается, водителю это мешает. И вот
«умная» жидкость в таких автомашинах выполняет
функцию, обратную демпфированию, – создает
небольшие вибрации, имитирующие ощущение дороги.
Однако самое широкое применение ER-жидкости,
по-видимому, получат в мини-фотокамерах. Сегодня
дигитальные фотокамеры становятся составной
частью переносных компьютеров и мобильных
телефонов, и необходимость механически двигать
линзы и преодолевать трение создает
возрастающие трудности при конструировании этих
миниатюрных устройств. Желательно по
возможности устранить механическое перемещение
их частей, и тут на помощь приходят «умные»
жидкости. Французская фирма «Вариоптик» и
голландский «Филипс» разработали микролинзы,
работающие на таких материалах. В обоих случаях
используется метод управляемого изменения
поверхностного натяжения ER-жидкости. Роль линзы
играет водный раствор, помещенный в сосуд с
водоотталкивающим внутренним покрытием. Под
влиянием отталкивания эта «водяная линза»
приобретает полусферическую форму. Меняя
электрическое поле внутри ER-покрытия, можно
влиять на его гидрофобность (степень
отталкивания им воды). Это меняет поверхностное
натяжение в «линзе», ее фокусное расстояние, и
она становится менее выпуклой. Сочетание двух и
более «умных» линз позволяет придать
микрофотокамере любые желаемые оптические
свойства (зум и тому подобное). Фирма «Вариоптик»
уже продала эту технологию южнокорейскому
гиганту «Самсунг» для использования в
портативных компьютерах, видеокамерах и
мобильных телефонах. В денежном исчислении
перспективы здесь оцениваются в сотни миллионов
долларов.
И наконец, есть еще «умная пыль». Размеры этой
пыли уже приближаются к настоящей пылинке. В
каждой такой пылинке (сегодня она еще имеет
размеры типичного рисового зерна) имеется
микропроцессор (чип), который поглощает
направленную на него радиоволну и под ее
воздействием испускает соответствующий сигнал
– например, идентификационный номер. Такая
«умная пыль» уже используется в магазинах
торговой компании «Вол-Март» для слежения за
своими товарами. Фирма «Бритиш петролеум»
применяет чипы в своих бензовозах, чтобы следить
за маршрутом и действиями водителей. Кое-где это
даже вызывает нарекания, но фирмы утверждают, что
новая технология служит исключительно целям
безопасности. Менее спорные применения «умной
пыли»: управление освещением в одном из зданий
Чикаго, слежение за температурой и давлением на
одной из станций лондонского метро и измерение
сейсмических колебаний в одном из зданий города
Беркли в Калифорнии.
В перспективе возможности применения «умной
пыли» для непрерывного технического контроля
представляются неисчерпаемыми. Быть может, самый
впечатляющий пример здесь – это танкер «Лох
Раннон» той же компании «Бритиш петролеум». В
различных его местах расположены 160 «умных
пылинок», каждая из которых содержит собственный
источник питания (микробатарейку),
микропроцессор и двустороннее радио (приемник и
передатчик). Они непрерывно измеряют и так же
непрерывно передают контрольной системе данные
о состоянии (вибрации, температуре, давлении)
машин и компрессоров судна. Миниатюрность этих
устройств делает их незаменимыми там, где
возможности контроля ограничены малостью
объема. Так, разрабатывается «умная пыль»,
которая сможет следить за температурой и
влажностью в компьютерных устройствах, что
позволит непрерывно регулировать их охлаждение
или подогрев. Другое достоинство «умной пыли» –
возможность покрывать ею (то есть
контролировать) большие площади, например, целые
здания, корабли или аэродромы. Пока что самое
большое пробное испытание такого рода было
проведено только в университете штата Огайо, где
создали систему из 10 тысяч «умных пылинок» для
защиты армейского полигона. Тем не менее
представляется, что главное еще впереди. Если мы
хотим закончить в том же научно-фантастическом
ключе, в котором начали, то следует вспомнить
роман Станислава Лема «Рекогносцировка», где
невидимые «умные пылинки» окружают защитным
облаком каждого жителя планеты, непрерывно следя
за его безопасностью и здоровьем, и приходят на
помощь в случае любой надобности. В пределе –
даже мгновенно покрывая его пуленепробиваемым
слоем.
Р.НУДЕЛЬМАН
Ваше мнение
Мы будем благодарны, если Вы найдете время
высказать свое мнение о данной статье, свое
впечатление от нее. Спасибо.
"Первое сентября"
|