무선 에너지

중간 단계로 전기를 사용하지 않고 빛을 기계 에너지로 직접 변환할 수 있는 능력을 갖춘 수정은 많은 발전을 가져올 수 있습니다. 예를 들어, 레이저 빔으로 작동하는 드론은 배터리를 줄이거나 전혀 사용하지 않고 무게를 줄이면 추가 기능을 사용할 수 있습니다.

에너지를 무선으로 전송한다는 아이디어는 오랫동안 매력적이었습니다. 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)는 전선 없이 조명에 전력을 공급하는 방법을 개발하기 위해 수년을 보냈으며, 일부 사람들은 그가 그렇게 했다고 믿고 있지만 기술이 억제될 뿐이라고 믿습니다. 우주에서 태양광 패널에 의해 수집된 빔 에너지에 대한 제안은 주기적인 부활을 경험하는 또 다른 버전입니다.

그러나 일반적으로 여기에는 전송된 전자기 복사를 전기로 변환하는 작업이 포함되며, 이는 모터나 전구에 전력을 공급하는 데 사용됩니다. 불행하게도 물리학의 가장 기본적인 법칙 중 하나는 모든 에너지 변환이 어느 정도 비효율성을 수반한다는 것입니다. 결과적으로 콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스의 Ryan Hayward 교수는 필요한 변환을 최소화하는 방법을 모색하고 있습니다.

헤이워드는 성명에서 “우리는 중간자를 잘라내고 빛 에너지를 직접 기계적 변형으로 전환한다”고 말했다. 이 과정의 핵심은 빛에 노출되면 구부러지는 유기 결정에 있습니다.

Hayward는 이러한 광기계 재료를 사용하여 작업을 수행하는 팀을 이끌고 있습니다. 따라서 로봇은 최소한 광원으로의 명확한 가시선이 있는 한 배터리를 가지고 다닐 필요가 없습니다. 따라서 레이저 빔으로 구동되는 드론은 배터리와 기타 중전기 시스템을 운반해야 하는 경우보다 더 오랫동안 공중에 머물 수 있고 더 복잡한 공중 기동을 수행할 수 있습니다.

광기계 재료는 새로운 것이 아니지만 이전 버전은 비효율적이고 쉽게 파손되어 유용한 기계의 기초보다 더 호기심을 불러일으켰습니다. 헤이워드 팀은 작고 고도로 정렬된 다이아릴에텐 결정이 더 많은 수로 결합될 때 훨씬 더 나은 성능을 발휘할 수 있음을 발견했습니다. “흥미로운 점은 이 새로운 액추에이터가 이전에 사용했던 것보다 훨씬 더 좋다는 것입니다.”라고 Hayward는 말했습니다. "반응이 빠르고 오래 지속되며 무거운 물건도 들어 올릴 수 있습니다."

Hayward 팀은 고분자 재료의 미세한 구멍에 결정 배열을 삽입하고 있습니다. 그들은 이것이 더 강력하고 더 강력하다는 것을 발견했습니다. 결정이 빛에 노출되면 폴리머가 구부러져 모터가 회전할 수 있습니다. 그들은 0.02밀리그램의 결정이 무게의 수천 배에 달하는 물체를 들어올릴 수 있다는 것을 입증했습니다.

이는 무선 에너지 전송의 모든 문제가 해결되었음을 의미하지는 않습니다. 현재 팀은 결정의 분자 구조 내의 고리가 열리고 닫히기 때문에 빛에 노출되어야만 결정-폴리머 조합을 구부리고 풀 수 있습니다. 팀은 더 넓은 범위의 역량을 원하는 대로 활용할 수 있기를 원합니다. Hayward는 또한 "이러한 재료가 기존 액추에이터와 실제로 경쟁할 수 있으려면 특히 효율성 측면에서 아직 갈 길이 멀다"고 인정합니다.

이 연구는 Nature Materials에 게재되었습니다.