Znajdź zawartość

Podczas spotkania zorganizowanego przez Advanced Research Projects Agency - Energy Norbert Müller z Michigan State University zaprezentował prototyp silnika wykorzystującego fale uderzeniowe do kompresji mieszanki paliwowo-powietrznej. Głównym elementem silnika o roboczej nazwie Wave Disk Engine jest rotor, którego łopatki wraz z bocznymi ściankami tworzą komory promieniście rozłożone wokół środka. Gdy rotor się obraca, mieszanka paliwowo-powietrzna dociera do komór przez centralnie umiejscowione kanały. Jednak nie udaje się jej opuścić komór przez kanały wylotowe, gdyż rotor zdąży się obrócić i wyloty zostają zablokowane przez ścianki boczne rotora. W efekcie w rotorze gwałtownie rośnie ciśnienie i dochodzi do pojawienia się fali uderzeniowej, która kompresuje mieszankę paliwowo-powietrzną. Bezpośrednio przed tym, jak fala uderzeniowa dotrze do centralnych kanałów, rotor zdąży się obrócić i zostają one zamknięte. Wówczas skompresowana mieszanka jest podpalana, a w tym czasie obrót rotora sprawia, że zostają otwarte kanały wylotowe. Dochodzi wtedy do gwałtownego wyrzutu gorących gazów, które obracają łopatki rotora, utrzymując go w ciągłym ruchu, dzięki czemu wytwarza on elektryczność. Projekt Müllera pozwala znakomicie uprościć konwencjonalne silniki, gdyż nie wykorzystuje tłoków, wałka rozrządu i zaworów. Samochód wyposażony w taki silnik może być nawet o 20 procent lżejszy od pojazdu z tradycyjnym silnikiem, a rezygnacja z wielu części mechanicznych powoduje, że zużywa też mniej paliwa. Müller zapewnia, że jego urządzenie świetnie sprawdzi się w pojazdach hybrydowych i może współpracować z różnymi rodzajami paliwa, w tym z wodorem. Müller i jego zespół twierdzą też, że dzięki nowej konstrukcji sprawność silnika może wzrosnąć do 60%. Obecnie silniki spalinowe charakteryzują się sprawnością rzędu 25-40 procent.. Ponadto Wave Disk Engine może o 30% obniżyć cenę samochodu, zmniejszyć emisję dwutlenku węgla o 90% oraz zapewnić pojazdom hybrydowym zasięg rzędu 800 kilometrów. Inżynier na razie przygotował mały prototyp, jednak zapowiada, że jeszcze w bieżącym roku zaprezentuje model o mocy 25 kilowatów.

W trzech amerykańskich ośrodkach medycznych trwają testy technologii, która wspomaga naprawę serca dzięki... falom uderzeniowym. Nowa metoda może znacznie poprawić komfort życia osób po operacjach kardiochirurgicznych. Osoby po tego typu zabiegach, podczas których użyto stentów, bypassów czy sztucznych zastawek, bardzo często cierpią na bóle w klatce piersiowej. Są one spowodowane tym, że naprawione serce nie otrzymuje wystarczającej ilości tlenu. Okazuje się jednak, że fale uderzeniowe wspomagają wzrost nowych naczyń krwionośnych, zwiększając przepływ tlenu, co zmniejsza bóle. Dlatego też specjaliści testują urządzenie o nazwie Cardiospec firmy Medispec. Generuje ona ultradźwięki podobne do tych, jakie są wykorzystywane podczas rozbijania kamieni nerkowych. Ultradźwięki wywołują zmiany ciśnienia w precyzyjnie określonych miejscach. Z nieznanych powodów odpowiednie ciśnienie powoduje wzrost naczyń krwionośnych w sercu. Wstępne testy wykazały, że u 70% pacjentów poddanych nowej terapii przepływ krwi przez mięsień sercowy poprawia się o 60-70 procent. W badaniach wzięło udział 15 pacjentów. Byli oni poddawani działaniu fali uderzeniowej dziewięć razy w ciągu dziewięciu tygodni. Brali po trzy sesje w tygodniach pierwszym, piątym i dziewiątym. Obecnie na całym świecie około 1000 osób ma styczność z nową terapią. Na razie okazuje się, że w ciągu 2-3 lat od jej stosowania znowu pojawiają się problemy z sercem. Jednak wszystko wskazuje na to, że nie jest to wynik niepowodzenia terapii. Najprawdopodobniej osoby takie nie zmieniają swoich przyzwyczajeń sprzed operacji, a więc, mimo leczenia urządzeniem Cardiospec, w innym miejscu serca pojawia się choroba, z powodu której byli już operowani. Metoda taka nie tylko przynosi ulgę pacjentom, ale oznacza też obniżenie kosztów opieki medycznej. Do osób cierpiących na dusznicę bolesną często przyjeżdża pogotowie, wykonuje się im liczne badania, a mimo to jakość ich życia jest niska. Obecny poziom medycyny pozwala na życie z tą chorobą przed dziesiątki lat. Cardiospec daje nadzieję na poprawę jakości życia chorych i obniżenie kosztów opieki nad nimi. Oczywiście urządzenie nie jest remedium na chorobę. "To nie leczy, a przynosi poprawę" - mówi przedstawiciel Medispec. Dodaje, że przed stosowaniem terapii chorzy zażywali lekarstwa trzy razy dziennie. Po niej - trzy razy w tygodniu. Firma Medispec kończy właśnie testy bezpieczeństwa swojego urządzenia i ma nadzieję, że do roku 2012 uzyska ono zgodę FDA na używanie w praktyce klinicznej.

Gil Iosilevskii i Danny Weihs, naukowcy z Instytutu Technologii Technion w Hajfie, określili największą dopuszczalną dla delfina prędkość. Płynąc blisko powierzchni wody, nie może on przekraczać 54 km/h, ponieważ wywołuje to ból. Z kolei tuńczyki nie mają już tego typu ograniczeń (Journal of the Royal Society Interface). Badacze przeprowadzili wyliczenia, które pozwoliły im skonstruować model ogona i płetw ryb, takich jak wspominany tuńczyk czy makrela, oraz waleni, np. delfina. W ten sposób chcieli wyznaczyć maksymalną osiąganą przez te zwierzęta prędkość. Stwierdzili, że o ile u mniejszych ryb czynnikiem ograniczającym jest siła mięśni, o tyle u większych istot (tuńczyków i delfinów) zależy to chociażby od częstotliwości, z jaką są one w stanie poruszać ogonem, by wprawić się w ruch ku przodowi. Inną kwestią, którą należy wziąć pod uwagę, jest tzw. kawitacja, czyli tworzenie się wokół ogona mikroskopijnych bąbli. Dzieje się tak, gdyż pod wpływem zmiany ciśnienia zachodzi gwałtowne przejście substancji, tutaj wody, z fazy ciekłej do gazowej. Delfiny, ale nie tylko one, mają w ogonie zakończenia nerwowe, co sprawia, że przy pewnej prędkość kawitacja zaczyna generować nieprzyjemne doznania. Pod wpływem ruchów płetw woda przyspiesza, a więc, zgodnie z zasadą zachowania energii, musi zmaleć ciśnienie statyczne płynu. Im niższe ciśnienie, tym niższa temperatura wrzenia. Po opuszczeniu przez ciecz okolicy przyspieszonego przepływu pęcherzyki gazu zaczynają się zapadać (implozja), a fale uderzeniowe wywołują mikrouszkodzenia. Trudno się dziwić, że dla delfina jest to nieprzyjemne... Z tego powodu nie może on przekroczyć 54 km/h, a byłoby najlepiej, gdyby utrzymał prędkość poniżej 36 km/h. Tuńczyki nie mają w ogonie zakończeń nerwowych i dlatego płynąc, mogą wyjść poza granicę wyznaczoną dla waleni. Nie oznacza to wcale, że nic im się przy tym nie dzieje. Widywano już tuńczyki z uszkodzeniami ciała wywołanymi przez kawitację. Kawitacja nie tylko wyrządza krzywdę, ale i spowalnia tuńczyki. Kiedy bąble implodują, zaburzają bowiem przepływ wody nad płetwami i ogonem. Chcąc rozwinąć większą szybkość, i delfiny, i tuńczyki muszą zejść głębiej, bo tam zmniejsza się kawitacja. Nie wiadomo, jakiego rzędu rekordy prędkości są tam bite.

Naukowcy z University of Missouri-Columbia i U.S. Army połączyli ze sobą dwa nanomateriały, z których jeden działa jako paliwo, a drugi jako utleniacz. Uzyskali w ten sposób miksturę, która spala się tak gwałtownie, że wywołuje falę uderzeniową pędzącą z prędkością do 1000 metrów na sekundę (3 Mach). Uczeni mają nadzieję, że uda się ją wykorzystać do... leczenia nowotworów. Profesor Shubhra Gangopadhyay wyjaśnia: Byliśmy w stanie zintegrować te materiały z układami scalonymi i użyć takich systemów do wywoływania fal uderzeniowych. Systemy te będą miały szereg zastosowań w wojskowości, ale również w naukach biologicznych. Mogą zostać wykorzystane do precyzyjnego dostarczania leków czy genów. Jako paliwo działają nanopręciki z tlenku miedzi, które charakteryzuje mała gęstość, a utleniaczem są nanocząsteczki aluminum. Powierzchnia pręcików i nanocząsteczek jest olbrzymia w stosunku do ich objętości. A w skali nano połączenia małej gęstości i dużej powierzchni styku prowadzi do błyskawicznie przebiegającej reakcji spalania. Uczeni opisują, w jaki sposób można wykorzystać ich technologię. Najpierw tradycyjnie za pomocą igły wprowadzamy lek do ciała pacjenta. Rozprzestrzenia się on po całym organizmie. Następnie przykładamy do leczonego miejsca (np. do miejsca występowania guza nowotworowego), urządzenie generujące falę uderzeniową. Jej gwałtowne działanie powoduje, że w komórkach nowotworowych powstają otwory przez które w ciągu milisekund wnika lekarstwo. Technikę tę przetestowano na tkankach zwierzęcych. Odsetek pozytywnych odpowiedzi wynosił 99%. Lekarstwo prawidłowo przedostało się do niemal wszystkich komórek. W porównaniu do tradycyjnej chemioterapii metoda ta ma znacznie mniejsze negatywne skutki dla zdrowej tkanki. Akademicy informują, że jeśli wszystko przebiegnie dobrze, to ich urządzenie trafi do szpitali w ciągu 2-5 lat.