Zwaartekracht 'Slingshot' mag de weggelopen melkwegstelsels ver weg hebben geslingerd, ver weg

Een materiaal dat bekend staat als metallisch glas, gemaakt door het vloeibaar maken en vervolgens snel afkoelen van metaal, zou volgens nieuw onderzoek een ideaal materiaal kunnen zijn voor het maken van tandwielen voor robots in de ruimtevaart.

De twee nieuwe onderzoekspapers waren gericht op het gebruik van bulkmetaalglas (BMG) als materiaal voor het maken van tandwielen voor ruimtegebaseerde missies. Metaalglas wordt BMG genoemd wanneer het wordt gebruikt om producten te vervaardigen die groter zijn dan 0,04 inch (1 millimeter).

Om BMG te maken smelten de technici eerst metaal. Vaste metalen hebben een goed georganiseerde, kristallijne atomaire structuur. Maar wanneer het metaal wordt gesmolten, verliezen de atomen die structuur en worden willekeurig gerangschikt, volgens een verklaring van NASA. Als het metaal langzaam afkoelt, keren de atomen terug naar de kristallijnen opstelling. Maar als het vloeibare metaal extreem snel wordt gekoeld - ongeveer 1800 graden Fahrenheit (1000 graden Celsius) per seconde - dan blijft de gedesorganiseerde atomaire structuur over. [Video: NASA test robottechnologie voor tanken]

Deze snel gekoelde metalen zijn ook bekend als amorfe metalen en "door het feit dat ze zo snel worden gekoeld, is het materiaal technisch een glas, het kan gemakkelijk stromen en geblazen worden wanneer het wordt verwarmd, net als glas in een ruit", verklaarden NASA-wetenschappers in de verklaring.

Metaalglas werd voor het eerst ontwikkeld aan het California Institute of Technology in de jaren 1960, en "is gebruikt om alles van mobiele telefoons tot golfclubs te produceren", zei NASA in de verklaring.

Om te achterhalen of BMG een goed materiaal is voor het maken van tandwielen voor ruimtevaartuigen, maakte Douglas Hofmann, een technoloog bij het Jet Propulsion Laboratory van de NASA en de hoofdauteur van de twee nieuwe onderzoekspapers, tandwielen van BMG en testte ze bij zeer lage temperaturen. Een van de nieuwe artikelen, gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Engineering Materials, laat zien dat de tandwielen een "sterk koppel" en een soepele werking zonder smeermiddel vertonen bij temperaturen die onder de 328 graden Fahrenheit (minus 200 graden Celsius) komen.

Het vermogen van de versnelling om te functioneren bij zeer lage temperaturen is om twee redenen belangrijk. Ten eerste worden sommige materialen (inclusief sommige metalen) broos bij koude temperaturen, maar dat is niet het geval met metaalglas ... Dat betekent dat er minder risico is dat een tandwieltand breekt tijdens de werking, volgens de verklaring.

Het tweede voordeel heeft te maken met het stroomverbruik. "Het kunnen bedienen van versnellingen op de lage temperatuur van ijzige manen, zoals Europa van [Jupiter], is een potentiële game-wisselaar voor wetenschappers," zei R. Peter Dillon, een technoloog en programmamanager bij de Materials Development and Manufacturing Technology Group van JPL. "De energie hoeft niet langer te worden overgeheveld van de wetenschappelijke instrumenten voor het smeren van tandwielkasten, waardoor kostbare batterijvermogen behouden blijft."

Andere voordelen van BMG-tandwielen kunnen het gevolg zijn van lage kosten en het gemak van productie. Onderdelen gemaakt van BMG kunnen worden gegoten met behulp van spuitgiettechnologie, volgens de NASA-verklaring, wat betekent dat het materiaal vloeibaar is en in een mal wordt geïnjecteerd. Deze techniek wordt ook gebruikt om plastic onderdelen te vervaardigen.

Het tweede artikel van Hofmann en collega's laat zien dat BMG-versnellingen kosteneffectiever kunnen zijn dan de zogeheten 'strain wave'-versnellingen, die' alomtegenwoordig zijn in dure robots ', aldus de verklaring. In het bijzonder omvatten deze tandwielen een flexibele metalen ring die "lastig te massaproduceren en alomtegenwoordig is in dure robots", aldus NASA-functionarissen in de verklaring. BMG-versnellingen kunnen volgens het papier voor minder worden gefabriceerd.

"Massa-producerende strain wave-versnellingen met BMG's kunnen een grote impact hebben op de markt voor consumentenrobotica", aldus Hofmann. "Dit geldt met name voor humanoïde robots, waarbij tandwielen in de gewrichten erg duur kunnen zijn, maar nodig zijn om trillende armen te voorkomen." De prestaties bij lage temperaturen voor JPL-ruimtevaartuigen en -robots lijken een gelukkig bijkomend voordeel. "