บาคาร่าเว็บตรง อุปกรณ์ใหม่ที่ใช้การลอยตัวด้วยแม่เหล็กเพื่อจำลองแรงโน้มถ่วงที่ลดลงซึ่งพบบนวัตถุท้องฟ้า เช่น ดวงจันทร์และดาวอังคาร มีขนาดใหญ่กว่าระบบรุ่นก่อนๆ ถึง 1,000 เท่า โดยปริมาตร เป็นการปูทางสำหรับการทดสอบสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำบนดินที่ซับซ้อนมากขึ้น – รวมถึงการปลูกพืชขนาดเล็กในสภาวะไร้น้ำหนักจำลอง เครื่องจำลองใหม่นี้
ซึ่งพัฒนาขึ้นที่ห้องปฏิบัติการสนามแม่เหล็กสูงแห่งชาติ
(NHMFL) ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐฟลอริดาในสหรัฐอเมริกา จะช่วยให้นักวิจัยสามารถทำการทดลองทางฟิสิกส์ การแพทย์ และชีววิทยาที่หลากหลายเพื่อมุ่งสู่ภารกิจอวกาศในอนาคต แรงโน้มถ่วงที่ลดลงส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตทางชีวภาพในหลาย ๆ ด้าน เป็นที่ทราบกันดีว่าสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์ และยังสามารถทำให้เกิดความเครียดของเซลล์ในรูปแบบอื่นๆ ซึ่งนำไปสู่การสูญเสียมวลกระดูกและกล้ามเนื้อในลักษณะที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของนักบินอวกาศ ในระบบทางกายภาพ อาจส่งผลต่อการเกิดโพรงโพรงอากาศ การถ่ายเทความร้อนในของเหลว และพลวัตของการขับดันของสารขับเคลื่อนด้วยการแช่แข็งในยานอวกาศ ในการวิจัยวัสดุ ผลกระทบของแรงโน้มถ่วงที่ลดลงรวมถึงการเปลี่ยนแปลงวิธีที่ผลึกเติบโตและการก่อตัวของโลหะผสม
การทดสอบแรงโน้มถ่วงบนพื้นดิน วิธีที่ดีที่สุดในการค้นหาว่าสภาวะไร้น้ำหนักจะส่งผลต่อระบบที่กำหนดอย่างไร ก็คือการส่งมันไปในอวกาศ อย่างไรก็ตาม การทดลองดังกล่าวมีราคาแพง และต้องดำเนินการโดยนักบินอวกาศมากกว่าที่จะเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับการฝึกฝนในสาขาเฉพาะนั้น ซึ่งจะจำกัดประเภทของการทดสอบที่เป็นไปได้ นักวิจัยจึงได้พัฒนาอุปกรณ์ภาคพื้นดินหลายแบบที่ใช้ประโยชน์จากการตกอย่างอิสระเพื่อจำลองแรงโน้มถ่วงที่ลดลง ซึ่งรวมถึงหอวางเครื่องบิน เครื่องบินในการบินแบบพาราโบลา และจรวดใต้วงโคจร แม้ว่าจะมีประโยชน์สำหรับการทดลองหลายประเภท แต่อุปกรณ์เหล่านี้ยังคงรักษาแรงโน้มถ่วงต่ำไว้ได้ดีที่สุดสักสองสามนาที ทำให้ไม่เหมาะสำหรับงานที่ต้องใช้เวลาสังเกตนาน
เครื่องจำลองการลอยตัวด้วยแม่เหล็ก (MLS)
เป็นแนวทางทางเลือก และนักวิจัยได้ใช้วิธีการเหล่านี้ในการทำให้สิ่งมีชีวิตลอยได้โดยไม่ก่อให้เกิดอันตราย นักวิจัยจาก FAMU-FSU College of EngineeringและNHMFL กล่าวว่า เมื่อเทียบกับเครื่องจำลองแรงโน้มถ่วงต่ำอื่นๆ พบว่า MLS มีราคาถูกกว่า ทำให้สามารถปรับความแรงของแรงโน้มถ่วงได้อย่างแม่นยำ และให้เวลาการทำงานที่ไม่จำกัดในทางปฏิบัติ อุปสรรคคือ MLS ทั่วไปสามารถสร้างแรงโน้มถ่วงต่ำได้ในปริมาณเล็กน้อยเท่านั้น อันที่จริง เมื่อเครื่องจำลองเลียนแบบสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงของโลกประมาณ 1% gปริมาตรการทำงานจะมีเพียงไม่กี่ไมโครลิตร ซึ่งเล็กเกินไปสำหรับการทดลองจริง
ปริมาณการทำงานที่ไม่เคยมีมาก่อน
นักวิจัยที่นำโดยWei Guoเอาชนะปัญหานี้ด้วยการปรับแม่เหล็กเพื่อสร้างแรงลอยตัวที่สม่ำเสมอซึ่งทำให้แรงโน้มถ่วงสมดุลกับปริมาตรที่ใหญ่กว่ามาก พวกเขาทำสิ่งนี้โดยการวางขดลวดแมกซ์เวลล์สนามไล่ระดับสีที่เรียกว่า (การกำหนดค่าครั้งแรกที่เสนอโดยนักฟิสิกส์เจมส์คลาร์กแมกซ์เวลล์ในปี ค.ศ. 1800 สำหรับการผลิตการไล่ระดับสนามที่สม่ำเสมอ) ในขนาด 120 มม. ของแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด
เทคนิคนี้ทำให้เกิดปริมาตรการทำงานที่ไม่เคยมีมาก่อนมากกว่า 4,000 ไมโครลิตรในขดลวดขนาดกะทัดรัดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 8 ซม. Hamid Sanavandi สมาชิกในทีมอธิบาย เมื่อกระแสใน MLS ลดลงเพื่อเลียนแบบแรงโน้มถ่วงบนดาวอังคาร ซึ่งเท่ากับ 0.38 กรัมปริมาตรการทำงานอาจมากกว่า 20,000 ไมโครลิตร หรือประมาณ 20 ซม. 3 ข้อดีอีกประการหนึ่งคือ MLS สามารถประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้วัสดุตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงที่มีอยู่ซึ่งเรียกว่าแบเรียมคอปเปอร์ออกไซด์ที่หายาก (REBCO) เขากล่าวเสริม
โครงการฟื้นฟูแรงโน้มถ่วงบางส่วน
Guo กล่าวว่า “ความจริงที่ว่าการออกแบบ MLS ของเรามีปริมาตรการทำงานประมาณสามคำสั่งของขนาดที่ใหญ่กว่าสำหรับ MLS แบบโซลินอยด์ทั่วไป ทำให้สามารถพลิกเกมที่มีศักยภาพในด้านการวิจัยที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำ” “เมื่อการออกแบบ MLS นี้ใช้เพื่อจำลองแรงโน้มถ่วงที่ลดลงในสภาพแวดล้อมนอกโลก เช่น บนดวงจันทร์หรือดาวอังคาร ปริมาตรการทำงานที่ได้จึงใหญ่พอที่จะรองรับแม้แต่พืชขนาดเล็ก ทำให้เป็นเครื่องมือที่น่าตื่นเต้นสำหรับการวิจัยทางการแพทย์และชีววิทยา”
เมื่อมองไปข้างหน้า นักวิจัยซึ่งรายงานงานของพวกเขาในNPJ Microgravityกล่าวว่าขณะนี้พวกเขาวางแผนที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบต่อไปโดยใช้วิธีการเพิ่มประสิทธิภาพโดยใช้ปัญญาประดิษฐ์ “เราจะจัดหาเงินทุนเพื่อสร้าง MLS ที่เราออกแบบมาสำหรับการทดสอบทดลอง” Guo กล่าวกับPhysics World
เพื่อยืนยันถึงความสำคัญของปรากฏการณ์ควอนตัมเหล่านี้ ซึ่งรวมถึงการปรับเปลี่ยนความหนาแน่นประจุของอะตอมของเหล็กและการเกิดขึ้นของโหมดโฟนอนที่มีการทำให้หมาด ๆ ต่ำ (การสั่นสะเทือนของโครงผลึกคริสตัล) ที่ “ต้องห้าม” สำหรับระบบคลาสสิก ทีมงานได้เปรียบเทียบ ผลการทดลองเพื่อจำลองทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นของวิธีที่โพรบเลื่อนเหนือวัสดุ 2 มิติ พวกเขาพบว่าแบบจำลองที่มีเอฟเฟกต์ควอนตัมทำนายผลการทดลองได้ดีที่สุด
ส่วนต่อประสานน้ำกับน้ำแข็งมีความหนืด ใหม่วัสดุแรงเสียดทานต่ำพิเศษงานนี้สามารถช่วยนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรในการออกแบบวัสดุที่มีแรงเสียดทานต่ำเป็นพิเศษได้ในอนาคต นักวิจัยกล่าวว่าวัสดุดังกล่าวอาจเป็นประโยชน์ในฐานะสารหล่อลื่นในการใช้งานขนาดเล็ก เช่น อุปกรณ์ฝังเทียม “เมื่อคุณต้องรับมือกับชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวเล็กๆ เช่นนี้ อัตราส่วนของพื้นที่ผิวต่อมวลจะสูงมาก” ฟิลเลเตอร์อธิบาย “นั่นหมายความว่าสิ่งต่าง ๆ มีแนวโน้มที่จะติดขัดมากขึ้น สิ่งที่เราได้แสดงให้เห็นในงานนี้ก็คือ เนื่องด้วยขนาดที่เล็กของมันเอง ทำให้วัสดุ 2D เหล่านี้มีความเสียดทานต่ำเช่นนั้น เอฟเฟกต์ควอนตัมเหล่านี้ใช้ไม่ได้กับวัสดุ 3 มิติที่ใหญ่กว่า”
นักวิจัยกล่าวว่าตอนนี้พวกเขาต้องการทำความเข้าใจบทบาทของผลกระทบของควอนตัมให้ดีขึ้น เนื่องจากยังไม่มีการสังเกตพฤติกรรมการเสียดสีต่ำแบบเดียวกันในออกไซด์ของเหล็กแม่เหล็ก 2 มิติที่สังเคราะห์ขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้ เช่น ฮีมาทีน (Fe 2 O 3 ) หรือโครไมทีน (FeCr 2โอ4 ). บาคาร่าเว็บตรง
