.jpg)
Исследователи из Массачусетского технологического института и Потсдамского университета (Германия) предлагают новый метод непрерывного слежения за физическим состоянием мостов, летательных аппаратов, зданий и других больших конструкций. Эту функцию может выполнять разработанный ими материал — синтетическая «кожа», которая меняет свой электрический заряд при изменении натяжения.
«Нашим покрытием можно пользоваться для поиска и распознавания трещин, — заявил руководитель исследования Саймон Лафламм, выпускник инженерно-строительного факультета МТИ. — По сути, мы создали гигантский датчик напряжения».
Исследователи предложили покрывать обширными лоскутами нового материала области вероятного появления трещин и напряжения, — например, нижнюю сторону мостов. «Кожа» могла бы распознавать потенциальные дефекты и передавать показания по беспроводной сети.
Если сенсорные покрытия получат широкое применение, их показания вольются в «цунами» информации от датчиков, которое, как предполагается, захлестнет сети и компьютерные системы в ближайшие годы.
С помощью новой технологии стало бы проще следить за состоянием мостов, зданий и других крупных конструкций. Сегодня большинство из них инспектируется визуально, а это дорогостоящий, отнимающий много времени и чреватый ошибками процесс. Сенсорная сеть, покрывающая такие конструкции, позволила бы устранить или по крайней мере снизить потребность в визуальных проверках.
Сенсорные лоскуты обладают электрической емкостью, которая меняется при деформациях.
«Наш материал очень чувствителен. Малейшее растяжение или изменение кривизны из-за трещины или перегрузки — и его электрическая емкость резко меняется», — утверждает Лафламм.
Исследователи изготовили прототипы из коммерчески доступной силиконовой ткани, но оказалось, что она слишком тонкая и гибкая и не подходит для решения поставленной задачи. Поэтому был разработан принципиально новый материал на основе термопластичного полимера, смешанного с диоксидом титана. Эта смесь оказалась крайне чувствительной к изменениям давления.
Исследователи работают над коммерциализацией своего изобретения. Полимерный материал еще предстоит довести до совершенства, но они уверены, что со временем его можно будет выпускать крупногабаритными рулонами по низкой цене. «Он дешев в изготовлении», — полагает Лафламм. Необходимо также выбрать способ подзарядки беспроводных передатчиков, через которые будут транслировать показания сенсорные лоскуты. По словам Лафламма, самим датчикам после первичной зарядки электроэнергия в дальнейшем не потребуется.
Исследователи получили на созданную ими технологию патент США и опубликовали доклад о своей работе в двух научных журналах: Structural Control Health Monitoring и Journal of Materials Chemistry.
В 2007 году в Миннесоте обрушился мост через реку Миссисипи, погибло 13 человек. В целом американская инфраструктура мостов, тоннелей и дорог находится в очень плохом состоянии — об этом в 2009 году объявило Американское общество инженеров-строителей. Правительство США выделило средства на решение этой проблемы.
Системы непрерывного мониторинга инфраструктуры разрабатывают и другие исследовательские группы. Например, в лаборатории прикладной физики университета им. Джонса Хопкинса создана встраиваемая сенсорная платформа, способная следить за коррозией мостов и передавать по беспроводной сети результаты для анализа.