Карусель для коров и робот в космосе: зачем нужна крутящаяся техника

Ученые придумали материал, который при скручивании охлаждается. А еще создали вращающееся топливо будущего и крутящиеся магниты, которые очистят космос от мусора.

Как скрутить себе домашний холодильник? Для чего на российских фермах устанавливают карусели? И какие технологии, вертясь и крутясь, открывают дорогу в будущее? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Летающая кабина

В будущем техника с пропеллером заменит привычные автомобили. В Австралии водителям предлагают пересесть в летающую кабину, чтобы миновать пробки. У капсулы всего два винта. Они вращаются в противоположных направлениях. Такая конструкция позволяет кабине зависать в небе и лучше поворачивать направо и налево.

"В небе техника может разгоняться до 130 километров в час. В полете кабина следует по строго заданному маршруту, а специальная программа помогает избежать столкновения с другими аппаратами или птицами. По сравнению с вертолетом летающая кабина практически бесшумна", – рассказал генеральный директор компании – разработчика аэротакси Юрген Грейль.

Правда, пока это лишь концепт – в производство кабину запустят не раньше 2026 года. И сначала только для перевозки грузов.

Мотор-колесо для наземного транспорта

На Урале придумали, как применять крутящие технологии и силу вращения в наземном транспорте. Инженеры из Челябинска знают, как сделать электромобили экономичнее почти на четверть. Для этого разработчики усовершенствовали так называемое мотор-колесо.

У машин эти колеса – ведущие. Но главное их отличие от обычных в том, что внутри агрегатов уже встроены трансмиссия, тормоза и роторный электродвигатель, который питается от батареи. Уральцы поместили в сердце мотора еще и вентильный редуктор с магнитами. И это позволило сэкономить заряд аккумулятора на 20%.

"Здесь есть вентильный двигатель. Вот вращается ротор. Здесь есть встроенный двухвенцовый планетарный редуктор, который позволяет кратно в 10 раз увеличивать момент и, соответственно, скорость сделать приемлемую. Здесь очень хорошо видно составные части: это сама обмотка возбуждения и имитатор магнитов", – пояснил в эксклюзивном интервью РЕН ТВ профессор кафедры электропривода, мехатроники и электромеханики Политехнического института ЮУрГУ Сергей Ганджа.

Магниты и металлическая обмотка создают внутри ротора магнитное поле, которое его раскручивает. В результате вырабатывается больше энергии и колесо вращается быстрее. Самое удивительное, что благодаря редуктору инженерам удалось уменьшить размеры мотор-колеса на четверть.

"Электродвигатель имеет две составные части. Одна часть создает магнитное поле, а вторая часть, где происходит преобразование электрической энергии в механическую, – это якорь. Магнитное поле создается из двух источников: из постоянных магнитов и обмотки возбуждения. Постоянные магниты – это мощные высококоэрцитивные магниты, которые позволяют уменьшить габаритные размеры самого двигателя. А обмотка возбуждения позволяет регулировать этот магнитный поток. И таким образом мы можем регулировать момент и частоту вращения для мотор-колеса", – отметил Ганджа.

Установить такие мотор-колеса можно на легковушки, фуры, тракторы и даже гоночные болиды. 

Карусель для коров помогает увеличить надои

Буренки из Челябинской области каждый день катаются на карусели. Конечно, аттракцион запустили не для развлечения – он помогает увеличить надои. Животные не ждут своей очереди на привязи в стойле, а подъезжают к дояркам на крутящейся платформе.

"Коровки заходят на карусель на свое дойное место. Дальше доярка обрабатывает вымя перед дойкой специальным составом. Потом производится сдаивание первых струек молока. И далее через примерно 60 секунд происходит процесс надевания аппарата на вымя коровы. В дальнейшем весь процесс доения происходит автоматически, вплоть до снятия аппарата с коровы", – уточнил председатель сельскохозяйственного предприятия Анатолий Шундеев.

Каруселью управляет компьютер. Он не только контролирует скорость вращения устройства, но знает, когда и кого подоили. Для этого у каждой буренки есть что-то вроде постоянного билета на аттракцион – персональный номер и датчик, который отправляет в программу информацию о сборе молока. В сутки с такой карусели получают 90 тонн полезного продукта.

"За один круг вращения карусели коровы выдаиваются. Время прохождения круга составляет от 12 до 15 минут. Нагрузка на доярку составляет от 300 до 400 голов, в зависимости от количества доярок. В то время как на привязном содержании нагрузка на доярку составляет порядка 50 голов. То есть рост производительности труда в пять раз", – сказал Шундеев.

Материал, который охлаждается при скручивании

Крутящиеся технологии способны заменить привычный холодильник. В Техасе сплели специальное волокно, которое охлаждает продукты. Для разработки материала инженеры применили так называемое эластокалорическое охлаждение. Чтобы понять принцип его действия, нужно представить резиновый шнур. При сильном скручивании он нагревается, а если его отпустить обратно, быстро остывает. Американцы заменили резину разными материалами и проверили, какие перепады температур возникают при их деформации.

"Сначала мы скрутили обычную рыболовную леску, и когда она вернулась в исходное положение, то охладилась на пять градусов. Каучук смог снизить температуру на семь градусов. Лучший результат показала никель-титановая проволока. При скручивании и раскручивании она меняет температуру на 17 градусов. А если сплести из проволоки жгут, то охлаждающий эффект еще немного усилится", – рассказал директор института нанотехнологий Алана Г. Макдиармида Техасского университета в Далласе Рэй Боунман. 

Правда, не очень понятно, как самостоятельно сворачивать волокно в душной квартире.

Роботы с вращающимися магнитами для сбора космического мусора

Тысячи тонн космического мусора на орбите опасны не только для кораблей и станций – обломки отработавших спутников угрожают жителям Земли. Каждый год на нашу планету падает до 150 тонн космического металлолома.

В апреле 2024 года фрагмент аккумуляторного блока с МКС пробил приличную дыру в крыше жилого дома. Устройство должно было полностью сгореть в атмосфере, но что-то пошло не так. И кусок весом в килограмм рухнул на дом во Флориде. Чтобы избежать подобных неприятностей, физики из Юты решили отправить в космос роботов с вращающимися магнитами.

Каждый с детства знает, что магниты притягивают металлические предметы. Материал создает вокруг себя магнитное поле, которое воздействует на электроны в атомах металлов. Заряженные частицы выстраиваются вдоль силовых линий в одном направлении, и поэтому металл притягивается. А вот если магниты начнут вращаться, то заряженные частицы поведут себя иначе.

"Космические обломки намагнитятся, но не притянутся к магниту, потому что электроны металла будут двигаться по траектории круговых петель. В результате мусор начнет вращаться в магнитном поле. Это можно сравнить с чашкой кофе: при вращении ее содержимое тоже крутится. Благодаря движению магнитов космические обломки можно с расстояния перемещать на шесть градусов в одном направлении. И так роботы просто уведут весь металлолом с орбиты", – объяснил президент Университета Юты Тейлор Рэндалл.

По словам разработчиков, роботы с магнитами могут не только убирать космос, но и чинить спутники. А когда мы колонизируем Марс и Луну, то эти устройства пригодятся нам для строительства городов. Главное, захватить с собой катушку скрученной проволоки и уральские мотор-колеса.

О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.