Cây Aspen - được gọi là Quakies bởi một số người - có những chiếc lá run rẩy, run rẩy. Bây giờ những chiếc lá đó đã truyền cảm hứng cho một cơ chế thu hoạch năng lượng có thể giải cứu những người đi bụi đầy bụi trên Sao Hỏa.
Lá và thân cây quất aspen - Populus tremuloides - qua Khu vườn hoang dã.
Kỹ thuật sử dụng thiên nhiên để giải quyết các vấn đề của con người được gọi là biimicry. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Warwick ở Coventry, Anh, cho biết trong tuần này (18 tháng 3 năm 2019) rằng họ đã sử dụng kỹ thuật này - lấy cảm hứng từ chuyển động độc đáo của lá cây quất (Populus tremuloides) - để đưa ra một cơ chế thu hoạch năng lượng có thể cung cấp năng lượng cho các cảm biến thời tiết trong môi trường thù địch. Họ cho biết cơ chế này cũng có thể phục vụ nguồn cung cấp năng lượng dự phòng có thể cứu và kéo dài tuổi thọ của các máy bay sao Hỏa trong tương lai.
Điều đó đặc biệt thú vị bây giờ, sau sự mất mát của Cơ hội rover sao Hỏa, nơi cung cấp năng lượng mặt trời đã bị khuất phục trước một cơn bão bụi lớn trên sao Hỏa vào mùa hè năm ngoái.
Nếu bạn không bao giờ ở trong rừng aspen, bạn đã bỏ lỡ điều gì đó. Lá của những cây này - thường được gọi là Quakies ở một số khu vực của Tây Nam Hoa Kỳ - rung chuyển trong làn gió nhẹ. Nhiều người thấy họ yên tĩnh, và họ chắc chắn là đẹp độc đáo.
Các nhà nghiên cứu kỹ thuật đã nhìn thấy một cái gì đó khác trong lá aspen. Họ phát hiện ra rằng các cơ chế cơ bản tạo ra một máy rung lá aspen trong gió thấp có thể tạo ra năng lượng điện, như họ nói, có hiệu quả và hiệu quả. Họ đã thiết kế một thiết bị mô phỏng trên chiếc lá khai thác chuyển động do gió tạo ra. Tác phẩm của họ được xuất bản trong Vật lý ứng dụng, được xem xét bởi nhiều biên tập viên và các trọng tài chuyên gia.
Đại học Warwick Gió Sam Tucker Harvey - bằng tiến sĩ ứng cử viên trong kỹ thuật - là tác giả chính trên giấy. Anh nói:
Điều hấp dẫn nhất ở cơ chế này là nó cung cấp một phương tiện cơ học để tạo ra năng lượng mà không cần sử dụng vòng bi, có thể ngừng hoạt động trong môi trường quá lạnh, nóng, bụi hoặc cát. Mặc dù lượng điện năng tiềm năng có thể được tạo ra là nhỏ, nhưng nó sẽ quá đủ để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tự trị, chẳng hạn như các thiết bị trong mạng cảm biến không dây. Các mạng này có thể được sử dụng cho các ứng dụng như cung cấp cảm biến thời tiết tự động trong môi trường xa và khắc nghiệt.
Các giáo sư kỹ thuật Petr Denissenko và Igor A. Khovanov, cả hai trường Đại học Warwick, là đồng tác giả của bài báo mới. Denissenko lưu ý rằng một ứng dụng trong tương lai có thể là nguồn cung cấp năng lượng dự phòng cho tàu đổ bộ và máy bay trên sao Hỏa trong tương lai. Anh nói:
Hiệu suất của Cơ hội rover sao Hỏa vượt xa các nhà thiết kế của mình Những giấc mơ điên rồ nhất nhưng ngay cả các tấm pin mặt trời làm việc chăm chỉ của nó cuối cùng cũng có thể vượt qua cơn bão bụi quy mô hành tinh. Nếu chúng ta có thể trang bị cho các máy động lực trong tương lai một máy gặt năng lượng cơ học dự phòng dựa trên công nghệ này, nó có thể tiếp tục cuộc sống của thế hệ máy bay và tàu đổ bộ sao Hỏa tiếp theo.
Một tuyên bố từ các nhà khoa học đã giải thích:
Chìa khóa để lá aspen rung gió thấp nhưng biên độ lớn không chỉ là hình dạng của chiếc lá mà quan trọng hơn là liên quan đến hình dạng phẳng hiệu quả của thân cây.
Các nhà nghiên cứu của Đại học Warwick đã sử dụng mô hình toán học để đưa ra một tương đương cơ học của chiếc lá. Sau đó, họ đã sử dụng một đường hầm gió tốc độ thấp để kiểm tra một thiết bị có chùm tia đúc hẫng như thân phẳng của lá Aspen và đầu lưỡi cong với mặt cắt hình vòng cung hoạt động giống như lá chính.
Lưỡi dao sau đó được định hướng vuông góc với hướng dòng chảy, cho phép máy gặt tạo ra các dao động tự duy trì ở tốc độ gió thấp một cách bất thường như lá aspen. Các thử nghiệm cho thấy luồng không khí được gắn vào mặt sau của lưỡi kiếm khi vận tốc Lưỡi kiếm đủ cao, do đó hoạt động tương tự như một aerofoil hơn là các cơ thể vô tội vạ thường được nghiên cứu trong quá trình thu năng lượng gió.
Trong tự nhiên, xu hướng của một chiếc lá để rung cũng được tăng cường bởi xu hướng thân cây mỏng manh xoắn trong gió theo hai hướng khác nhau. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu mô hình hóa và thử nghiệm thấy rằng họ không cần phải sao chép độ phức tạp bổ sung của một mức độ chuyển động hơn nữa trong mô hình cơ học của họ. Chỉ cần sao chép các tính chất cơ bản của thân phẳng trong chùm đúc hẫng và đầu lưỡi cong với tiết diện hình cung tròn hoạt động giống như chiếc lá chính là đủ để tạo ra chuyển động cơ học đủ để thu hoạch năng lượng.
Các nhà nghiên cứu cho biết họ sẽ kiểm tra tiếp theo những công nghệ tạo năng lượng dựa trên chuyển động cơ học nào có thể khai thác tốt nhất thiết bị này và làm thế nào thiết bị có thể được triển khai tốt nhất trong các mảng.
Bạn muốn tìm hiểu thêm về cách lá aspen run rẩy? Và lắng nghe tiếng sột soạt đặc trưng của họ? Kiểm tra video này:
Điểm mấu chốt: Lá Aspen được biết đến với khả năng rung độc đáo trong làn gió nhẹ. Phong trào của họ đã truyền cảm hứng cho các nhà nghiên cứu tại Đại học Warwick để đưa ra một cơ chế thu hoạch năng lượng mới cho các cảm biến thời tiết, cũng có thể phục vụ việc cung cấp năng lượng dự phòng cho các động cơ sao Hỏa trong tương lai.