Vědci konstruují odpařovací stroje

Vlhkostní gradient pohání mini auto a umožňuje rozsvícení LED

Jak využít sílu odpařování, vědci ukazují se svými konstrukcemi © ExtremeBio
číst nahlas

Vodní energie jiným způsobem: tiše se pohybující mini-auto, umělé svaly a motor, který rozsvítí LED - všechny běží s energií odpařování. Protože jeho srdce je stroj, který používá rozdíly ve vlhkosti jako pohon. Byl vytvořen americkými vědci, kteří chtěli tímto způsobem prokázat, že všudypřítomné odpařování je velká, nevyužitá síla, jak bylo uvedeno v časopise Nature Communications.

Jak využít sílu odpařování, vědci ukazují se svými konstrukcemi © ExtremeBio

Odpařování je všudypřítomný jev, který se vyskytuje všude, kde voda přechází do plynného stavu bez vaření. Mnoho rostlin používá sílu odpařování k otevření svých spórových tobolek nebo stomat, kapky se začnou valit a tančit skrz ně, a dokonce v mikrokosmu tato transformace na pohyb funguje. „Avšak rozšíření tohoto jevu tak, aby makroskopická zařízení představovala řadu problémů, “ řekl Xi Chen z Columbia University v New Yorku a jeho kolegové.

Umělé svaly

Dříve bylo odpařování považováno za příliš slabé a pomalé, aby je bylo možné použít v praxi. Výzkumníkům se však nyní podařilo vytvořit makroskopické odpařovací stroje. Pro své experimenty používají spory Bacillus subtilis, které od přírody vykazují silnou reakci na změny vlhkosti vzduchu: jak se jejich prostředí stává vlhkým, expandují a zplošťují se. Pokud je suchý, zkrátí se a stane se kulatější.

Tyto spory byly vědci aplikovány na tenký plastový film, čímž se pohyby spór přenesly do většího měřítka. Několik takových plastových proužků, dlouhých až deset centimetrů, je spojilo do jakéhokoli umělého svalu, který pokřtili „umělé svaly poháněné hygroskopií“ (HYDRA). Pokud je vystaven střídavému vlhkému nebo suchému vzduchu, bude se stahovat nebo rozšiřovat. Jak uvádí Chen a jeho kolegové, HYDRA mohou stále pohybovat vahami, které jsou 50krát vyšší než jejich vlastní váha.

Vlhký papír pohání mini auto

Tyto HYDRA sloužily vědcům jako základní stavební kameny pro dva různé odpařovací stroje. V první variantě namontovali Chen a jeho kolegové pásy spór na kolo z plexiskla. Polovina z toho byla uzavřena v pouzdře lemované vlhkým papírem uvnitř. Voda se vypařila a vystavila polovinu kola vyšší vlhkosti. Výsledkem bylo, že se tam natahovaly plastové pruhy sporenbesetzen. zobrazit

„To vytváří malou hmotnostní nerovnováhu, která uvede kolo do pohybu, “ vysvětluje Davis Goodnight z Columbia University. Vědci nyní pomocí gumového pásku spojili tento rotační motor s předními koly malého mini-automobilu. A skutečně, poháněn samotnou silou odpařování, 100 gramová nádoba pokračovala v pohybu.

Díky zpětné vazbě mezi HYDRA a ventily funguje tento odpařovací stroj jako druh pístu Joe Turner Lin

Vlhkost způsobuje, že LED svítí

Síla odpařování však může také vyrábět elektřinu, jak vědci dokazují svým druhým odpařovacím zařízením. Umístili plastové proužky pokryté spórou vodorovně nad malý kaluž vody. Pomocí pružinové konstrukce spojili proužky s překrývajícími chlopněmi. Když jsou tyto klapky uzavřeny, vlhkost v komoře stoupá a pruhy HYDRA expandují. Tím se pohybuje pružina a otevírají se klapky. Výsledkem je, že vlhkost v komoře klesá a HYDRA se opět smršťují klapky se opět uzavírají.

"Tak jsme vytvořili oscilátor, který provádí pohyb podobný pístu, " uvedli vědci. Při teplotě vody 31 stupňů trvalo každý cyklus pouze asi šest sekund. "Tento relativně rychlý pístový pohyb umožňuje oscilátoru působit jako vnější a motorický a výkonový systém, " řekl Chen a jeho kolegové. Když spojili tento odpařovací motor s malým generátorem, vygeneroval dostatek energie, aby dvě LED diody blikaly. Měření ukázala, že tento motor nakonec poskytoval výkon až 60 mikrostat.

„Nepoužitý zdroj energie“

"Naše demonstrace zdůrazňují dříve přehlíženou schopnost vody v našem prostředí poskytovat užitečné služby, " řekl Chen a jeho kolegové. Výzkumníci tvrdí, že vzhledem k všudypřítomnosti přirozeného odpařování a nízkým nákladům na potřebné materiály by odpařovací stroje mohly najít užitečné aplikace. Příklady zahrnují pohon pro robotické systémy nebo senzory. (Nature Communications, 2015: doi: 10.1038 / ncomms8346)

(Příroda, 17.06.2015 - NPO)