Aspentræer - som nogle kaldes quakies - har skælvende, dirrende blade. Nu har disse blade inspireret en energi-høstmekanisme, der muligvis redder støvbelastede rovere på Mars.
Bladene og stammerne af skælvende asp - Populus tremuloides - via The Wild Garden.
Teknikken til at bruge naturen til at løse menneskelige problemer kaldes biomimicry. Forskere ved University of Warwick i Coventry, England, sagde denne uge (18. marts 2019), at de brugte denne teknik - inspireret af den unikke bevægelse af bladene på kvælende aspetræer (Populus tremuloides) - at udtænke en energihøstningsmekanisme, der kan tænde vejrsensorer i fjendtlige miljøer. De sagde, at mekanismen muligvis også kan betjene en backup-energiforsyning, der kan redde og forlænge levetiden for fremtidige Mars-rovere.
Det er især interessant nu i kølvandet på tabet af Mars rover Opportunity, hvis solenergiforsyning bukkede efter for en stor Mars støvstorm sidste sommer.
Hvis du aldrig har været i en aspskov, har du gået glip af noget. Disse træers blade - ofte kaldet Quakies i nogle dele af det sydvestlige USA - dirrer i den mindste brise. Mange mennesker finder dem afslappende, og de er bestemt unikt smukke.
Disse ingeniørforskere så noget andet i aspblad. De fandt ud af, at de underliggende mekanismer, der producerer et aspbladskiver i lav vind, kunne generere elektrisk energi, som de sagde, "effektivt og effektivt." De designet en enhed, der er modelleret på bladet, der udnytter vindgenereret bevægelse. Deres arbejde er offentliggjort i Anvendte fysikbrev, som gennemgås af flere redaktører og ekspertdommere.
Sam Tucker Harvey fra University of Warwick - en ph.d. kandidat i teknik - er hovedforfatter på papiret. Han sagde:
Det, der er mest tiltalende ved denne mekanisme, er, at den giver et mekanisk middel til at generere kraft uden brug af lejer, som kan ophøre med at arbejde i miljøer med ekstrem kulde, varme, støv eller sand. Mens mængden af potentiel strøm, der kan genereres, er lille, ville det være mere end nok til at drive autonome elektriske enheder, såsom dem i trådløse sensornetværk. Disse netværk kunne bruges til applikationer, såsom tilvejebringelse af automatisk vejrsensing i fjerne og ekstreme miljøer.
Ingeniørprofessorer Petr Denissenko og Igor A. Khovanov, begge fra University of Warwick, er medforfattere til det nye papir. Denissenko bemærkede, at en fremtidig applikation kunne være som en backup-strømforsyning til fremtidige Mars-landere og rovere. Han sagde:
Ydelsen af Mars-rover-muligheden oversteg langt designernes vildeste drømme, men selv dens hårdtarbejdende solcellepaneler blev sandsynligvis til sidst overvundet af en støvstorm i planetarisk skala. Hvis vi kunne udstyre fremtidige rovere med en sikkerhedskopimekanisk energi høstmaskine baseret på denne teknologi, kan det muligvis fremme livene til den næste generation af Mars-rovere og landere.
En erklæring fra disse forskere forklarede:
Nøglen til aspenblade 'lavvind, men storamplitude-kvæver er ikke kun bladets form, men mere vigtigt angår stilkens effektive flade form.
University of Warwick forskere brugte matematisk modellering til at komme med en mekanisk ækvivalent af bladet. De brugte derefter en lavhastighedstunnel til at teste en enhed med en udkragningstråle som den flade stamme af Aspen-bladet og en buet bladspids med et cirkulært bue-tværsnit, der fungerer som hovedbladet.
Bladet blev derefter orienteret vinkelret på strømningsretningen, hvilket gør det muligt for høstmaskinen at frembringe selvbærende svingninger ved ukarakteristisk lave vindhastigheder som ospebladet. Forsøgene viste, at luftstrømmen fastgøres til den bageste flade af klingen, når bladets hastighed bliver høj nok, og derfor fungerer mere på lignende måde som en aerofoil snarere end til de blufflegemer, som typisk er blevet undersøgt i forhold til høst af vindenergi.
I naturen forbedres tilbøjeligheden af et blad til at dirre af den tynde stammes tendens til at sno sig i vinden i to forskellige retninger. Imidlertid fandt forskerne modellering og testning ud af, at de ikke havde brug for at gentage den yderligere kompleksitet af en yderligere bevægelsesgrad i deres mekaniske model. Bare at replikere de grundlæggende egenskaber for den flade stamme i en udkragede bjælke og den buede knivspids med et cirkulært bue-tværsnit, der fungerer som hovedbladet, var nok til at skabe tilstrækkelig mekanisk bevægelse til høstkraft.
Forskerne sagde, at de næste gang vil undersøge, hvilke mekaniske bevægelsesbaserede strømgenererende teknologier bedst ville være i stand til at udnytte denne enhed, og hvordan enheden bedst kunne implementeres i arrays.
Vil du lære mere om, hvordan aspenblade ryster? Og lytte til deres karakteristiske rasle? Tjek denne video:
Nederste linje: Aspenblade er kendt for deres unikke dire i den mindste brise. Deres bevægelse inspirerede forskere ved University of Warwick til at udtænke en ny energi-høstmekanisme til vejrsensorer, som muligvis også tjener en back-up energiforsyning til fremtidige Mars-rover.