'Iron Man'-Technik Könnte Der Schlüssel Zur Zukunft Der Materialwissenschaft Sein

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Tony stark von iron man stellt sich die eigenschaften eines materials vor und fertigt dann, was er will - ein ansatz, der bei wissenschaftlern und ingenieuren beliebt ist.

Matt Shipman ist wissenschaftlicher Schriftsteller und öffentlicher Informationsbeauftragter bei NC State. Er schreibt die Blogs The Abstract und Verbindungsfehler , und hat diesen Artikel zu WordsSideKick.com's Expert Voices: Op-Ed & Insights beigetragen.

Iron Man 3 ist noch nicht auf dem Markt, aber die ersten beiden Filme (und Jahrzehnte der Iron Man-Comics) werfen einige interessante Fragen auf, wie Wissenschaftler und Ingenieure neue Materialien erstellen und verwenden - wie etwa die Energiequelle für den Anzug von Iron Man.

Für diejenigen, die von der Popkultur abgeschnitten sind, hier ein Rückblick auf die ersten beiden Iron Man-Filme: Der Star-Erfinder Tony Stark erschafft ein kraftvolles Exoskelett, das ihm faktisch Supermächte gibt. Der Anzug wird zunächst von einem fiktiven Arcreaktor angetrieben, der auf Palladium läuft. In Iron Man 2 erstellt Stark jedoch ein mysteriöses neues Element, um den Anzug anzutreiben. (Vibranium?).

Stark entwickelt dieses mysteriöse Element in einem beschleunigten Prozess, in dem er das neue Material mithilfe verschiedener Techniken so schnell erstellt und testet, dass er es in weniger als einem Jahr in seinem Anzug verwendet.

"In der realen Welt kann es 20 bis 30 Jahre dauern, ein neues Material von der Entdeckung zur Anwendung zu bringen", sagte Suveen Mathaudhu, Programmmanager in der Materialwissenschaftsabteilung des US Army Research Office, Professor für Materialwissenschaften am NC State und Hardcore-Comics-Fan.

"Um die Probleme der Gesellschaft zu lösen, müssen wir einen Weg finden, dies schneller zu tun, und das tun wir", sagte Mathaudhu. "Die Materialwissenschaft setzt Systeme ähnlich wie Stark um."

Und Mathaudhu hat wirklich darüber nachgedacht - er ist Mitkurator der Ausstellung "COMIC-Tanium: Die Supermaterialien der Superhelden", die von der TMS Foundation gesponsert wird und diesen Sommer im Toonseum in Pittsburgh eröffnet wird.

"Um beispielsweise das neue Element erstellen zu können, muss Stark es in drei Dimensionen visualisieren", sagte Mathaudhu. "Herkömmliche Technologien liefern jedoch normalerweise nur Bilder in zwei Dimensionen. In den letzten Jahren konnten Materialforscher Technologien wie die Atom-Sonden-Tomographie verwenden, um uns 3D-Bilder von Materialien auf atomarer Ebene zu liefern."

Diese 3D-Bilder vermitteln Wissenschaftlern ein tieferes Verständnis der Nanostruktur eines Materials, was ihnen wiederum Einblick in den Zusammenhang dieser Strukturen mit den Eigenschaften eines Materials gibt. In gewissem Sinne handelt es sich um Materials Science 101.

Es gibt vier verflochtene Aspekte der Materialwissenschaft: Verarbeitung oder wie ein Material hergestellt wird; Struktur oder wie die Atome, Moleküle und Kristalle eines Materials angeordnet sind; Eigenschaften oder wie sich ein Material verhält (z. B. Festigkeit, Elastizität usw.); und Leistung oder die Kombination von Materialeigenschaften, die einem Material seine allgemeinen Eigenschaften in verschiedenen realen Umgebungen verleihen.

In der Vergangenheit begann die Untersuchung dieser Bereiche - die Jahrzehnte dauern kann - erst, nachdem ein neues Material entdeckt wurde. Aber das ändert sich. Und Iron Man bietet ein gutes Beispiel. [Sie können auch Iron Man sein... Fast]

"In Iron Man 2 beginnt Stark mit der Entwicklung seines neuen Elements, indem er die Leistungsmerkmale definiert, nach denen er sucht", sagte Mathaudhu. "Dann sucht er nach der atomaren Struktur, die einem Material die notwendigen Eigenschaften verleihen würde. Das Letzte, was er tut, ist die Synthese des neuen Materials."

Diese Art des Reverse Engineering ist das neue Modell für die Materialforschung. Vor einigen Jahren suchte das US-Verteidigungsministerium (DOD) beispielsweise nach einem Material, das in einem neuen Fahrwerkstyp verwendet werden könnte. Materialwissenschaftler nutzten die spezifischen Eigenschaften, nach denen der DOD gesucht hatte, um eine neue Eisenlegierung von Grund auf neu zu konstruieren.

Dieser Ansatz wird von hohen Stellen unterstützt. Im Juni 2011 startete das Büro für Wissenschafts- und Technologiepolitik des Weißen Hauses die Materials Genome Initiative mit dem erklärten Ziel, die Geschwindigkeit "mit der wir neue Materialien entdecken, entwickeln und herstellen" zu verdoppeln. Wie wollen sie das machen? Indem Sie das Paradigma von Tony Stark verfolgen, um herauszufinden, welches Material Sie möchten, und dann herauszufinden, wie Sie es herstellen können.

"Wir sind weit entfernt von der Schaffung eines Replikators à la Star Trek, aber die Realität nähert sich viel mehr dem Bereich der Comics und Science Fiction an", sagte Mathaudhu.

Die geäußerten Ansichten sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten des Herausgebers wider.


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