واحد مشترک کمکی پژوهش و مهندسی «هوش یار-تواندار»     (HT-CSURE)

واحد مشترک کمکی پژوهش و مهندسی «هوش یار-تواندار» (HT-CSURE)

Hooshyar-Tavandar Common Subsidiary Unit for Research & Engineering
واحد مشترک کمکی پژوهش و مهندسی «هوش یار-تواندار»     (HT-CSURE)

واحد مشترک کمکی پژوهش و مهندسی «هوش یار-تواندار» (HT-CSURE)

Hooshyar-Tavandar Common Subsidiary Unit for Research & Engineering

Scientists Create a New Kind of Liquid That Can Push Itself Along a Flat Surface

Scientists Create a New Kind of Liquid That Can Push Itself Along a Flat Surface

How the... ?

MIKE MCRAE
25 MAR 2017

Moving a liquid from point A to point B typically requires either a sloping surface or a pump of some sort to apply pressure.

A new kind of material that is in early development requires neither, instead relying on a squirming skeleton of microscopic fibres to move it in a direction, opening the way for a class of fluid capable of worming itself through a channel.

Researchers from Brandeis University in Massachusetts took a hint from nature and investigated how the biomechanical properties of materials called microtubules could be applied to a mixture to make it move in a single direction around a container.

Anybody who has watched a microscopic amoeba stretch out a gloopy arm to pull itself under the coverslip has seen microtubules in action.

Most complex cells, and even a few bacterial ones, contain a network of microtubule fibres collectively called a cytoskeleton, which is responsible for giving the cell its shape and transporting materials around as they twist, bend, shrink, and stretch.

These fibres are made up of a string of proteins called tubulin, which spirals around on itself to form a cylinder about 25 nanometres across.

In this particular case, the researchers used the microtubules found inside the nerves of a cow's brain.

On their own, the mass of fibres would be about as impressive as wet cobwebs. But the researchers found they could turn a watery mixture of cow microtubules into molecular motors by adding a couple of other ingredients.

The first was kinesin, a protein which naturally attaches to the microtubule and 'walks' along its length in a molecular waddle.

Another component was the energy-carrying molecule adenosine triphosphate (ATP), which generally provides a kick of power whenever it donates one of its three phosphates to proteins such as kinesin.

Putting them together, the researchers found the kinesin connected a pair of microtubule strands like a rung on a ladder, and  when powered by the ATP  walked them in opposite directions.

Each kinesin that walked off the end of a fibre was soon replaced by others connecting other fibres, creating a squirming mess of microscopic worms.

Check out in the clip below how these writhing strings of protein slide against each other with help from the kinesin.

The interesting thing about this swirl of fibres was that it produced small whirlpools in the gel-like mixture.

This turbulence could be harnessed to push the fluid in the same direction simply by choosing the right shape for the container.

The researchers stuck to containers they could map mathematically, such as discs and doughnut shaped 'toroids' like the one in the picture up top, finding by picking the right the dimensions of the container the messy churning of the fibres became a steady current in a single direction.

While this only works in containers with precisely the right dimensions, it does scale up, meaning liquids can be encouraged to flow over a number of metres.

Of course once the ATP runs out of phosphate to hand over to the kinesin, the flow grinds to a halt, which would make it unlikely for large scale transport of liquids.

However, there could easily be a role for self-propelled gels in the future of mechanical engineering.

"From a technology perspective, self-pumping active fluids set the stage for the engineering of soft self-organized machines that directly transform chemical energy into mechanical work," the researchers suggest in a summary of their paper.

Even without an application, this research provides insight into the dynamics of moving fluids inside our own cells.

Perhaps one day we'll be seeing 'wet' robotics powering our cybernetic body parts with self-propelled fluids fed by our body's own reserves of ATP.

This research was published in Science.

با ۶ طراحی نوآورانه در توربین‌ های بادی آشنا شویم

انرژی باد سهم زیادی در تامین انرژی تجدیدپذیر جهانی دارد و نوآوری‌های اخیر در طراحی توربین‌های بادی جای هیچ شکی نگذاشته است که این نوع انرژی، سریع‌ترین روند رو به رشد را در بین انرژی‌های پاک پیموده است. بعضی از توربین‌های جدید این قدرت را دارند که از هوای آرام و بی‌حرکت هم انرژی تولید کنند.
به گزارش برق نیوز، انجمن بین‌المللی انرژی (IEA) در هفته‌ی گذشته اعلام کرد که برای نخستین بار، ظرفیت انرژی‌های تجدیدپذیر جهان از ظرفیت سوخت زغال سنگ پیشی گرفته است. انرژی باد سهم زیادی در تامین انرژی تجدیدپذیر جهانی دارد و نوآوری‌های اخیر در طراحی توربین‌های بادی جای هیچ شکی نگذاشته است که این نوع انرژی، سریع‌ترین روند رو به رشد را در بین انرژی‌های پاک پیموده است.

با استفاده از فناوری‌های دوست‌دار محیط زیست، مهندسان موفق به توسعه‌ی دستگاه‌های جدیدتری شده‌اند که برای پرندگان هم ایمنی بیشتری به همراه داشته باشد. ضمن این که بعضی از توربین‌ها این قدرت را دارند که از هوای آرام و بی‌حرکت هم انرژی تولید کنند.
اولین توربین گردبادی جهان
//با ۶ طراحی نوآرانه در توربین‌ های بادی آشنا شوید

اولین توربین گردبادی جهان توسط یک مهندس ژاپنی به نام آتسوشی شیمیزو اختراع شد. این توربین می‌تواند با استفاده از طوفان‌های شدید، حجم زیادی از انرژی را تولید کند. بنا به تخمین شیمیزو، چنانچه انرژی این گردبادها مهار شود  انرژی کشورش تا ۵۰ سال آینده تامین می‌شود!

توربین شیمیزو که شبیه یک دستگاه همزن آشپزخانه است شامل یک محور عمودی است که با استفاده از اثر مگنوس مسیر جریان باد را به شکل منحنی منحرف می‌کند و در برابر طوفان‌های قوی مقاوم است.

نتایج آزمون‌های انجام شده بر مدل ساخته شده از ژنراتور این توربین، نتایج رضایت‌بخشی از خود نشان داده است. اکنون شیمیزو سعی دارد که سرمایه‌گذاران را برای ساخت نسخه‌ی عملی و بزرگ‌تر این توربین متقاعد کند تا انرژی مورد نیاز کشورها از طریق آن تامین شود.

توربین هیبریدی بادی-آبی
//با ۶ طراحی نوآرانه در توربین‌ های بادی آشنا شوید

یک توربین بادی، بدون وجود هیچ گونه نسیم و بادی چگونه می‌تواند کار کند؟ طبیعتا توربین‌های معمولی در این شرایط قادر به کار کردن نیستند.

طی پروژه‌ی جدیدی که از سوی دو شرکت Max Bogl Wind AG و GE Renewable Energy ارایه شده است، توربین‌های پره‌ای سنتی با تکنولوژی برق آبی آمیخته شده و اولین منبع انرژی هیبریدی بادی-آبی را تولید کرده است.

قرار است که این نوع توربین در جنگل Swabian-Franconian در آلمان نصب شود. طرح اولیه شامل پیاده‌سازی چهار توربین بادی با ظرفیت ۱۳.۶ مگاوات است. فاز اول، این انرژی از سال آینده به شبکه متصل خواهد شد و فاز دوم، یک نیروگاه انرژی برق آبی به ظرفیت ۱۶ مگاوات خواهد بود. این پروژه در سال ۲۰۱۸ به اتمام خواهد رسید.

توربین‌های بادی شناور هلیومی
//با ۶ طراحی نوآرانه در توربین‌ های بادی آشنا شوید

اگرچه اکثر توربین‌های بادی روی زمین یا دریا به صورت ثابت نصب شده‌اند، اما نوآوری‌های اخیر این سال‌ها به طراحی توربین‌هایی منجر شده است که در ارتفاعات هوا کار می‌کنند. چرا که جریان باد در این قسمت سریع‌تر است. اولین توربین بادی جهان که در هوا مستقر است .

در سال ۲۰۱۴ و بر فراز منطقه‌ی فیربنکس آلاسکا، شروع به کار کرد. این توربین با گاز هلیوم پر شده و شبیه به یک بالون غول‌پیکر به نظر می‌رسد. این توربین توسط یکی از استارتاپ‌های دانشگاه MIT به نام Altaeros Energies طراحی شده است و در فاصله‌ی ۳۰۰ متری زمین قرار دارد.

توربین هلیومی این قابلیت را دارد که جریان باد را بین پنج تا هشت برابر قدرتمندتر از توربین‌های مستقر روی زمین جذب کند. این آزمایش ۱۸ ماهه نشان داد که توربین‌های هلیومی قدرت تامین انرژی چندین خانوار را دارند. ضمن این که قرار گرفتن این توربین‌ها در ارتفاعات می‌تواند امکان انتقال سیگنال‌های وای‌فای، تلفن و حسگرهای هواشناسی را فراهم کند.

توربین بادی بدون پره‌ی ورتکس (Vortex)
//با ۶ طراحی نوآرانه در توربین‌ های بادی آشنا شوید

در نظر گرفتن وضعیت ایمنی پرندگان، یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در طراحی توربین‌های بادی در جهان است. از این رو، به منظور کاهش خطراتی که پرندگان را تهدید می‌کند، مهندسان توانسته‌اند توربین بدون پره‌ای به نام ورتکس را تولید کنند  که بیشتر از این که شبیه توربین بادی باشد، یک ستون بلند است.

 این نوع توربین انرژی را از طریق چرخش گردابه‌های ناشی از تلاطم هوا، تامین می‌کند و از آنجا که ژنراتورهای انرژی بادی آن، بلند و باریک هستند، تعداد بیشتری از آن‌ها در یک فضای مشخص جای می‌گیرند. سازندگان این توربین‌ها می‌گویند: ورتکس‌های بدون پره هزینه‌های تولید را ۵۳ درصد و هزینه‌های نگهداری را تا ۸۰ درصد نسبت به توربین‌های سنتی کاهش می‌دهد.

توربین بادی اینولوکس (INVELOX)
//با ۶ طراحی نوآرانه در توربین‌ های بادی آشنا شوید

این نوع توربین بادی قادر است تا ۶۰۰ برابر انرژی بیشتری از آسیاب‌های بادی معمولی تولید کند. طراحی تونل مانند این توربین کمک می‌کند تا نسیم‌های ملایم با سرعت‌های کم جمع‌آوری شده و به سمت داخل توربین هدایت شوند. ژنراتور اینولوکس علاوه بر قابلیت تولید انرژی در شرایط بادی ضعیف، به علت نداشتن پره‌های چرخنده‌ی خارجی سرعت بالا، خطری برای حیات وحش محلی به حساب نمی‌آید. ضمن این که هزینه‌ی ساخت آن از توربین‌های بادی سنتی هم ارزان‌تر است.

توربین بادی Catching Wind Power
//با ۶ طراحی نوآرانه در توربین‌ های بادی آشنا شوید

یکی از قدیمی‌ترین ایده‌های مطرح شده در این زمینه، توسط یک نظامی بازنشسته‌ی ۸۹ ساله مطرح شد که خود از دوستداران حیات پرندگان بود. در سال ۲۰۱۲، ریموند گرین، ژنراتوری بادی به نام Catching Wind Power طراحی کرد که می‌تواند جریان باد را توسط دستگاهی که همانند یک بلندگوی بزرگ به نظر می‌رسد، جمع‌آوری کرده و سپس باد جمع‌آوری شده را به منظور انرژی بیشتر در توربین، فشرده کند. از طرفی چون این توربین فاقد اجزای متحرک خارجی است، هیچ گونه تهدیدی برای پرندگان یا خفاش‌ها شمرده نمی‌شود و نسبت به توربین‌های فعلی عملکرد ایمن‌تری دارد. از آنجا که گرین این سیستم را مقیاس‌پذیر طراحی کرده است، جای امیدواری وجود دارد که بتوان از آن برای تامین انرژی واحدهای مسکونی و صنعتی استفاده کرد.


منبع:زومیت