❕ Сегодня хотелось бы написать о новых открытиях в области, которой непосредственно занимается наша кафедра. Каждую неделю выходит очень много статей, мы же постараемся самые интересные найти и рассказать о них понятным языком.

✅ На повестке дня статья под названием "Восприятие фазовых переходов в невзаимных механических метаматериалах посредством электромагнитного резонанса", опубликованная 17 сентября в журнале science.

❗️По сути, работа находится на стыке механики деформируемого твердого тела, метаматериалов, электродинамики и машинного обучения. Цель - создание и изучение невзаимных механических метаматериалов. Это тела(структуры), чья реакция на какое-либо воздействия зависит от его направления. Но авторы статьи пошли дальше и решили оснастить эти метаматериалы системой самодиагностики, которая позволит определять состояние структуры в пространстве.

📌 Начать стоит с конструкции этого метаматериала. Базовый элемент(ячейка) материала является бистабильным, то есть устойчив лишь в двух состояниях, названных ON и OFF соответственно. Переход между ними осуществляется через значительный энергетический барьер. В исследуемом материале применяются два разных полимера с контрастными свойствами: PETG(жёсткий, линейно-упругий) и TPU(мягкий, гиперупругий) из которых именно второй обеспечивает большую деформацию и бистабильность за счёт нелинейного отклика.

❓ Но как именно управлять этим материалом на практике? Авторы на этот вопрос отвечают. Сначала они показали, что при изменении геометрического параметра можно изменять скорость волны переключения состояния, классифицируя их на "быструю", "среднюю" и "медленную", что является прямым следствием изменения барьера потенциальной энергии.

‼️ Но самое интересное - система самодиагностики. Она преобразует метаматериал в сенсорную систему. Каждая механическая ячейка оснащается электрическим LC-контуром, физически связанным с ее подвижными частями. При изменении механического состояния ячейки меняется геометрия катушки, отчего изменяется ее индуктивность, что сдвигает резонансную частоту всего контура. Цепочка из 5 таких ячеек представляет собой сложную связанную электрическую систему. Ее спектр отклика является уникальным для каждой возможной комбинации состояний ячеек. Это создаёт "штрих-код" для всей конфигурации ячеек.

📌 Для расшифровки этих спектров используется сверточная нейросеть. Она обучается сопоставлять спектральный отклик с бинарным кодом состояний ячеек. Эта система продемонстрирована в качества "мозг-компьютера" для ввода информации и работы во влажной среде.

❓ Как это реализовать, можно спросить, но авторы создали рабочий прототип мягкого робота, который задействует все вышеописанные технологии. Главная особенность - управление за счёт направленного распространения волн(строго говоря, солитонных) переключения в его структуре. Этот робот может в реальном времени "чувствовать" свою форму и конфигурацию. Также показано, что такой робот способен выполнять различные задачи: движение по прямой, перенос груза и т.д.

‼️ Эта статья прекрасно показывает, какие работы проводятся сейчас на стыке разных направлений науки, но также нельзя не отметить, что вклад молекулярной физики огромен и что она применяется активно в реальных проектах.

#технологическийдайджест

📢 Цифровая метрология набирает обороты!

Кафедра активно развивает направление «Цифровой метрологии», и мы рады поделиться отличными новостями!

📈 В прошлом году занятия по этой перспективной специальности проводились только для студентов 2-го курса института Лаплаз. Но интерес к дисциплине растет, и в этом году мы расширили охват! Теперь занятия посещают аспиранты и магистранты других кафедр, и их уже около 50-ти человек! А в следующем году мы ожидаем еще больший рост — планируем принять более 60-ти слушателей.

ℹ️ В рамках компетенции студенты анализируют документацию машиностроительных деталей и разрабатывают методики контроля продуктов современными методами измерений и исследования геометрических отклонений параметров, а также с применением автоматизированного оборудования.
Учащиеся самостоятельно составляют программу и проводят измерения промышленных изделий, формируют отчет о качестве, работают с ручным и видеоизмерительным оборудованием и организовывают измерения на контрольно-измерительной машине.

☑️ Наши специалисты готовят высококвалифицированные кадры, владеющие современными методами контроля и измерения и, несомненно, востребованные в космической, авиационной, автомобильной и других отраслях машиностроения.

И это еще не все! В планах кафедры – начать проводить занятия и для лицеистов, чтобы заинтересовать будущих инженеров уже со школьной скамьи! 🙌🏻

#новостикафедры

📌  Прошла неделя и время узнать об очередной интересной разработке, связанной с молекулярной физикой. Сегодня мы выбрали статью научной группы из Манчестера под названием "Нановолоконные мембраны для повышения производительности и оптимизации топливных элементов с протонообменной мембраной". Рассмотрим подробнее, что автора представили миру.

❗️ Начать стоит с рассмотрения проблемы, которую учёные вызвались решить. Высокотемпературные топливные элементы с протонообменной мембраной(HT-PEMFC) являются перспективной технологией благодаря повышенной толерантности к каталитическим ядам(это вещества, снижающие каталитическую активность катализатора) и упрощённой системе теплового менеджмента. Ключевым критерием эффективности и долговечности элемента является полимерная мембрана, легированная фосфорной кислотой. Стандартным материалом для них является полибензимидазол(PBI), поскольку он механически стабилен и достаточно хорошо проводит протоны в диапазоне 120-300 °С.

⚠️ Но стандартные мембраны имеют ряд недостатков:

1. Ограниченная способность к удержанию электролита. Низкая пористость пленок приводит к ограничению адсорбции(удержания на поверхности мембраны) фосфорной кислоты. Из-за этого протонообмен начинает зависеть от капиллярных эффектов, отчего проводимость может резко падать.
2. Процесс легирования фосфорной кислотой вызывает сильное набухание пленки и внутреннее напряжение, что приводит к ее растрескиванию.
3. Вымывание фосфорной кислоты: молекулы фосфорной кислоты переходят из мембраны в электродные слои, а далее выходят из ячейки, что снижает производительность.

Данная работа направлена на решение этих проблем путем перехода от плотных полимерных пленок к высокопористым нановолоконным матрицам с контролируемой поверхностной химией(NFM)

❓ Интересным образом получали новый материал. Вместо использования традиционных литых пленок, авторы применили технологию электропрядения. Этот процесс позволяет получать неупорядоченные сети ультратонких волокон с открытой пористостью. Помимо этого, такие пленки были модифицированы парами растворителя(DMAc). Благодаря этой обработке получилось увеличить межцепочную подвижность, повышая гибкость мембраны. Усилить смачиваемость, благодаря чему достигли более быстрого однородного легирования, а также уменьшить набухание мембраны с течением времени.

✅ Были проведены испытания новой мембраны по сравнению с коммерческой PBI. Модифицированные NFM продемонстрировали высокую способность к удержанию кислоты(она сохранила 92,7% кислоты, против 79,3% у стандартной мембраны). Также показано, что элементы на основе NFM имеют более высокую мощность, чем элементы на коммерческом PBI. Но главный успех - долговечность. По прошествии 100 часов падение напряжения на модифицированной мембране составило лишь 2%, когда у стандартной 11%. Немаловажным будет отметить, что модификация позволила уменьшить сопротивление мембран, то есть повысить протонную проводимость.

❔ Но для чего это нужно? Подобные топливные элементы активно применяются в производстве электрокаров, систем жизнеобеспечения подводных лодок и многом другом.

❓ И снова на повестке дня статья, что сочетает в себе несколько направлений. В этот раз молекулярную физику, материаловедение и электрохимию, что ещё раз показывает нам, что применение молекулярной физике можно найти в абсолютно разных и, казалось бы, несвязанных направлениях науки.