에너지 파동 활용: 뉴턴의 운동 법칙에 도전하는 스마트 재료 프로토타입

[이매진]

에너지 파동 활용: 뉴턴의 운동 법칙에 도전하는 스마트 재료 프로토타입

https://scitechdaily.com/harnessing-energy-waves-smart-material-prototype-challenges-newtons-laws-of-motion/

Harnessing Energy Waves: Smart Material Prototype Challenges Newton’s Laws of Motion

비전통적인 특성을 지닌 프로토타입의 혁신적인 메타물질은 전기 신호를 사용하여 고체를 가로지르는 에너지 파동의 방향과 강도를 제어합니다. 기이한 질량 밀도를 특징으로 하는 이 혁신적인 메타물질은 힘과 가속도가 같은 방향으로 가지 않는다는 뉴턴의 제2법칙과 차이가 있습니다. Huang은 레이더 파 제어 또는 항공기의 난기류 진동 관리와 같은 군사 및 상업 용도에서 교량 및 파이프라인과 같은 구조물의 상태 모니터링과 같은 민간 용도에 이르기까지 광범위한 응용 프로그램을 구상하고 있습니다.

미주리 대학교 연구원들은 에너지 파동의 방향과 강도를 제어할 수 있는 작고 가벼운 활성 '메타물질'의 프로토타입을 설계했습니다.

미주리 대학의 Guoliang Huang 교수는 전기 신호를 사용하여 에너지 파동의 방향과 강도를 제어할 수 있는 프로토타입 메타물질을 개발했습니다. 이 혁신적인 소재는 군사 및 상업 부문에 잠재적으로 응용할 수 있으며 교량 및 파이프라인의 구조적 상태를 모니터링하는 데에도 사용할 수 있습니다.

10년 이상 미주리 대학의 Huber and Helen Croft 엔지니어링 학과장인 Guoliang Huang은 뉴턴의 법칙에 의해 정의된 대로 자연에서 일반적으로 발견되지 않는 특성을 나타내는 인공 재료인 " 메타물질 "의 비전통적인 특성을 조사해 왔습니다. 움직임의 — 이상적인 메타물질을 디자인하기 위한 그의 장기적인 추구에서.

Huang의 목표는 가볍고 작은 "메타구조" 없이 항공기와 같은 더 큰 구조를 통해 이동하는 "탄성" 에너지 파동을 제어하는 ​​것입니다.

프로토타입 메타물질은 고체 물질을 통과하는 에너지 파동의 방향과 강도를 모두 제어하기 위해 이 검은색 전선을 통해 전달되는 전기 신호를 사용합니다. 크레딧: 미주리 대학교

"수년 동안 저는 엔지니어링 문제를 해결하기 위해 수학적 역학을 사용하는 방법에 대한 도전을 해왔습니다."라고 Huang은 말했습니다. “기존의 방법은 크기와 무게를 포함하여 많은 한계가 있습니다. 그래서 저는 작지만 항공기와 같은 더 큰 구조물에서 나오는 저주파 진동을 제어할 수 있는 경량 소재를 사용하여 대체 솔루션을 찾을 수 있는 방법을 모색해 왔습니다.”

황 구량. 크레딧: 미주리 대학교

이제 Huang은 목표에 한 걸음 더 다가섰습니다. 5월 18일 PNAS( Proceedings of the National Academy of Sciences ) 에 발표된 새로운 연구에서 Huang과 동료들은 고체 물질을 통과하는 에너지 파동의 방향과 강도를 제어하기 위해 전기 신호를 사용하는 프로토타입 메타물질을 개발했습니다.

그의 혁신적인 디자인의 잠재적인 응용 분야에는 특정 영역에서 물체를 스캔하도록 지시하여 레이더 파동을 제어하거나 비행 중인 항공기의 난기류에 의해 생성된 진동을 관리하는 것과 같은 군사 및 상업적 용도가 포함됩니다.

"이 메타 물질은 이상한 질량 밀도를 가지고 있습니다."라고 Huang은 말했습니다. "따라서 힘과 가속도는 같은 방향으로 가지 않으므로 물체의 구조적 동역학 또는 뉴턴의 두 번째 법칙에 도전하는 특성의 디자인을 맞춤화할 수 있는 색다른 방법을 제공합니다."

이것은 이상한 질량 밀도의 첫 번째 물리적 실현이라고 Huang은 말했습니다.

"예를 들어, 이 메타물질은 사람의 눈으로 보기 어려울 수 있는 잠재적 손상을 식별하는 데 도움을 주어 능동 변환기로서 교량 및 파이프라인과 같은 토목 구조물의 상태를 모니터링하는 데 도움이 될 수 있습니다."

참조: Qian Wu, Xianchen Xu, Honghua Qian, Shaoyun Wang, Rui Zhu, Zheng Yan, Hongbin Ma, Yangyang Chen 및 Guoliang Huang의 "이상한 질량 밀도를 실현하기 위한 활성 메타물질", 2023년 5월 18일, Proceedings of the National Academy of Sciences .
DOI: 10.1073/pnas.2209829120

다른 MU 기여자는 Qian Wu, Xianchen Xu, Honghua Qian, Shaoyun Wang, Zheng Yan 및 Hongbin Ma를 포함합니다. 공군 과학 연구실과 육군 연구실의 보조금으로 연구 자금을 지원했습니다.