Инженеры создали плоскую металлическую поверхность, которая позволяет льду скользить по ней без толчка для начала движения. Однако команда исследователей из Виргинского технического университета добилась этого, изучив известное явление в одном из самых сухих мест на Земле.
Согласно исследованию, опубликованному 14 августа в журнале ACS Applied Materials & Interfaces, результаты могут иметь неожиданно серьёзные последствия для всего — от методов быстрого размораживания до сбора зелёной энергии.
Камни-путешественники Долины Смерти
В Долине Смерти на одноимённом высохшем озере есть множество «парусных камней». Впервые они были задокументированы в начале 1900-х годов. Эти камни, по-видимому, перемещаются по песку самостоятельно, оставляя за собой чёткие следы на грязи.
Исследователи потратили десятилетия, пытаясь выяснить точную механику этого странного поведения. В 2014 году группа под руководством гарвардского палеоокеанографа Ричарда Норриса наконец нашла ответ.
Камни-путешественники Долины Смерти двигаются только при определённых условиях. Во-первых, почва должна быть достаточно сухой, чтобы небольшие осадки не проникали в затвердевшую поверхность. Во-вторых, температура должна опуститься ниже нуля, чтобы на поверхности пустыни образовался лёд. Когда он начинает таять, небольшие порывы ветра придают оставшимся ледяным плотам необходимый импульс для начала движения. Иногда камни путешествуют на этих небольших импровизированных судах.
Экспериментальная металлическая поверхность
После изучения механики движения камней-путешественников в 2019 году команда под руководством Джонатана Борейко в лаборатории природных жидкостей и интерфейсов Виргинского технического университета задалась вопросом, можно ли изготовить поверхность, которая также будет перемещать лёд по ровной горизонтальной траектории. Но, в отличие от камней Долины Смерти, они хотели сделать это без использования энергии ветра.
После трёх лет экспериментов и ещё двух лет доводки конструкции Борейко и его коллеги получили ответ. Исследователи сконструировали алюминиевые пластины с асимметричными канавками в форме наконечника стрелы, напоминающими узор «ёлочка». Когда лёд тает, вода направляется через эти канавки, прокладывая путь вперёд.
«Этот направленный поток талой воды уносит ледяной диск вместе с собой», — объяснил соавтор исследования Джек Тапоцик в заявлении. «Хорошая аналогия — катание на тюбингах по реке, только здесь направленные каналы создают поток вместо силы тяжести».
Для любопытства команда покрыла свои алюминиевые пластины водоотталкивающим спреем. Хотя они предполагали, что ледяной диск будет просто двигаться быстрее с самого начала, результат оказался более сложным. После гидроизоляции поверхность фактически прилипает к диску, когда талая вода выдавливается через каналы. Однако в какой-то момент диск внезапно ускоряется вперёд, как будто наверстывая упущенное время.
«Забавная хитрость здесь заключается в том, что, когда талая вода течёт за передний край ледяного диска, она создаёт лужу», — сказал Борейко. «Наличие плоской лужи с одной стороны льда создаёт несоответствие в поверхностном натяжении, которое выбивает лёд и заставляет его скользить по поверхности».
Эта динамика может гипотетически улучшить методы размораживания различных материалов. Однако, по словам Борейко, открытие его команды может привести к чему-то более впечатляющему. Представьте себе алюминиевую поверхность в виде ёлочки, но вместо двунаправленного квадрата или прямоугольника это круг. И помните о камнях-путешественниках?
«Теперь представьте, что на лёд помещены магниты, а не валуны», — сказал он. «Эти магниты также будут вращаться, что можно использовать для выработки электроэнергии».
Хотя для определения эффективности и масштабируемости конструкции необходимы дополнительные исследования и эксперименты, это всё ещё многообещающая возможность для будущих достижений в области устойчивой энергетики — и всё благодаря кучке камней.