Einsatz von Technologie zur Steigerung der verteilten Leistung in Niederspannungsnetzen – OpenGov Asia

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In einer bahnbrechenden Entdeckung haben Forscher der University of Wollongong (UOW) realisiert haben berührungslose Handhabung von flüssigem Metall. Metalle können so gesteuert werden, dass sie sich in jede Richtung bewegen, und mit einer kleinen Spannung und einem Magneten in einzigartige schwebende Formen wie Schleifen und Quadrate manipuliert werden.

Als Flüssigmetall wird Galinstan verwendet, eine Legierung aus Gallium-Indium und Zinn, die durch ihre hohe Oberflächenspannung die Tropfenbildung begünstigt. Unter Anlegen einer kleinen Triggerspannung wird dieses flüssige Metall zu einem Draht, weil die Spannung eine elektrochemische Oxidation verursacht, die die Oberflächenspannung des Metalls senkt.

Das Forschungsteam wurde von dem angesehenen Professor Xiaolin Wang, Node Leader und Theme Leader am ARC Centre of Excellence for Future Low Power Electronic Technologies (FLEET) und Direktor des Instituts für supraleitende und elektronische Materialien der UOW innerhalb des Australian Institute of Innovative Materialien. Er stellte fest, dass das Team durch die Kombination von elektromagnetischer Induktion und Fluiddynamik in der Lage war, flüssiges Metall auf kontrollierbare Weise zu manipulieren und sich wie weiche Roboter zu bewegen.

Die Flüssigmetallforschung wurde sowohl von biologischen Systemen als auch von Science-Fiction inspiriert, darunter der formwandelnde Flüssigmetallroboter „T-1000“ in dem von James Cameron inszenierten Film. Terminator 2. „Diese Forschung ist mehr als Science-Fiction, wir haben diese berührungslose Methode für Flüssigkeiten entworfen und realisiert, die eine neue Möglichkeit bietet, Flüssigkeiten zu manipulieren und zu formen“, sagte Professor Wang.

Da diese Reaktionen erfordern, dass ein elektrischer Strom durch den Draht fließt, wird es möglich, durch Anlegen eines Magnetfelds (d. h. elektromagnetische Induktion; derselbe Mechanismus, der die Bewegung in einem Elektromotor antreibt) eine Kraft auf den Draht auszuüben. Somit können die Drähte so manipuliert werden, dass sie sich auf einem kontrollierbaren Weg bewegen, und können sogar (gegen die Schwerkraft) um den Umfang des angelegten Magnetfelds herum aufgehängt werden, wobei sie kontrollierte entworfene Formen annehmen.

UOW-Doktorand Yahua He war Hauptautor der Studie, die in der Januarausgabe von Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), einer der weltweit führenden Zeitschriften für multidisziplinäre Forschung, veröffentlicht wurde. Er stellte fest, dass die kontaktlose Manipulation von flüssigem Metall es Forschern ermöglicht, Elektromagnetismus auf neue Weise zu nutzen und zu visualisieren.

Die Fähigkeit, flüssige Metallflüsse berührungslos zu steuern, ermöglicht auch neue Strategien zur Formung elektronisch leitfähiger Flüssigkeiten für fortschrittliche Fertigung und dynamische elektronische Strukturen. Berührungslose Herstellungs- und Manipulationsverfahren können unerwünschte Störungen an Objekten, die untersucht oder manipuliert werden, minimieren. Früher entwickelte berührungslose Technologien umfassen die Manipulation von Objekten durch akustische Manipulation oder optische Pinzetten.

Bisher waren jedoch freifließende Flüssigkeitsströme besonders schwierig ohne Kontakt zu handhaben. Die Herausforderung für das UOW-Team bestand darin, hochgradig kontrollierte Richtungsänderungen oder komplexe Formen von Flüssigkeiten zu erreichen, insbesondere ohne die Querschnittsform der Strömung zu stören.

Als das Team anfing, daran zu arbeiten, wurde ihnen klar, dass noch viel mehr dahintersteckt. Flüssigmetalldrähte werden durch Anlegen einer kleinen Spannung (etwa 1 Volt) geformt. Das Team entdeckte jedoch, dass in den resultierenden Drähten ein beträchtlicher elektrischer Strom (bis zu 70 mA) gemessen werden konnte.

„An diesem Punkt gab es einen kreativen Sprung, als das Team erkannte, dass elektromagnetische Induktion verwendet werden kann, um Drähte aus flüssigem Metall berührungslos zu steuern. Dies war der Schlüssel, um die Herausforderung letztendlich erfolgreich zu lösen und so eine neue Strategie für die berührungslose Formgebung zu entwickeln Flüssigkeiten“, fügte er hinzu.

Diese berührungslose Manipulation wird durch die einzigartigen fluid- und metalldynamischen Eigenschaften des Materials ermöglicht. Als flexible Leiter und Stromträger weisen Drähte einen minimalen Widerstand gegen Manipulationen durch die Lorentzkraft unter einem steuernden Magnetfeld auf. So konnten die Forscher die Drähte gezielt manipulieren.

Co-Autor Professor Michael Dickey von der North Carolina State University sagte, dieser sehr geringe Bewegungswiderstand ermögliche eine außergewöhnlich feine Kontrolle der resultierenden Formen. Er sagte, dass normalerweise Flüssigkeitsströme in Tröpfchen zerfallen. Beispielsweise beginnt ein Wasserstrahl aus einem Wasserhahn oder Schlauch als Zylinder, zerfällt aber schnell in Tröpfchen. Der flüssige Metallfaden hat jedoch eine fadenartige Eigenschaft, ähnlich wie in der Luft schwebende Bänder. Diese Eigenschaft ermöglichte es den Forschern, den Fluss von flüssigem Metall in kontinuierliche Schleifen und andere Formen zu manipulieren.