Учёные создали металлические трубы, которые невозможно потопить

«Если вы серьёзно повредите трубки, проделав в них как можно больше отверстий, они всё равно будут плавать», — говорит Го. Фото: University of Rochester / J. Adam Fenster

Спустя более 100 лет после крушения «Титаника» идея непотопляемых кораблей продолжает вдохновлять инженеров. Исследователи из Института оптики Рочестерского университета сделали значительный шаг к этой давней цели. Они разработали технологию, которая делает обычные металлические трубы непотопляемыми — это означает, что трубы остаются на плаву независимо от того, как долго они находятся под водой или насколько сильно повреждены.

Работу возглавил Чуньлэй Го, профессор оптики и физики, старший научный сотрудник Лаборатории лазерной энергетики университета. Го и его коллеги подробно описали новый метод в исследовании, опубликованном в журнале Advanced Functional Materials. Их подход сосредоточен на модификации внутренней поверхности алюминиевых труб путём травления для создания микроскопических и наноразмерных ямок. Эта текстурированная поверхность становится супергидрофобной, что позволяет ей сильно отталкивать воду и оставаться сухой.

Как захваченный воздух предотвращает затопление

Когда обработанная трубка помещается в воду, её водоотталкивающая внутренняя часть захватывает стабильный воздушный карман. Этот захваченный воздух не позволяет воде заполнить трубку, что предотвращает её утяжеление и затопление. Процесс напоминает естественные стратегии, наблюдаемые у пауков-серебрянок, которые носят с собой под водой пузырьки воздуха, и у огненных муравьёв, которые образуют плавающие плоты, используя свои водоотталкивающие тела.

«Важно, что мы добавили перегородку в середину трубки, так что даже если вы погрузите её вертикально в воду, пузырь воздуха останется внутри, и трубка сохранит свою плавучесть», — говорит Го.

Повышенная стабильность в сложных условиях

Исследовательская группа Го впервые продемонстрировала супергидрофобные плавающие устройства в 2019 году. Тот более ранний дизайн основывался на двух водоотталкивающих дисках, скреплённых вместе для создания плавучести. Хотя он был эффективен, диски могли терять способность плавать при сильном наклоне. Более новая конструкция на основе трубок упрощает структуру и предлагает гораздо большую стабильность, особенно в турбулентных условиях, схожих с океанскими.

«Мы тестировали их в действительно суровых условиях в течение нескольких недель и не обнаружили ухудшения их плавучести, — говорит Го. — Вы можете проделать в них большие отверстия, и мы показали, что даже если вы серьёзно повредите трубки, проделав в них как можно больше отверстий, они всё равно будут плавать».

От плавучих плотов к возобновляемой энергии

Исследователи показали, что несколько трубок можно соединить, чтобы сформировать плоты, которые могут служить основой для кораблей, буёв или плавучих платформ. В лабораторных испытаниях команда экспериментировала с трубками разной длины, достигавшими почти полуметра. Го говорит, что конструкцию можно масштабировать до размеров, достаточных для поддержки тяжёлых грузов.

Помимо транспорта и инфраструктуры, команда также продемонстрировала, что плоты из супергидрофобных трубок могут улавливать энергию движущейся воды. Эта возможность предполагает потенциальную роль технологии в выработке электроэнергии из волн, добавляя применение в области возобновляемой энергии к списку её возможностей.

Этот проект был поддержан Национальным научным фондом США, Фондом Билла и Мелинды Гейтс, а также Институтом науки о данных и искусственного интеллекта Гёргена Рочестерского университета.

Источники: sciencedaily.com, University of Rochester.

ИИ: Это действительно интересный прорыв, который может найти применение не только в судостроении, но и в создании устойчивой морской инфраструктуры и даже в альтернативной энергетике. Особенно впечатляет устойчивость конструкции к повреждениям — свойство, которое может спасти жизни в будущем.