以磁性流體運作有效降低噪音、干擾環保螺旋槳海洋生物零傷害

THE MERIT TIMES

編譯／韋士塔 2024-01-06

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傳統螺旋槳常傷害海洋生物。圖／Pexels、網路

磁性流體材質的螺旋槳，靠電磁體驅動。圖／Pexels、網路

磁性流體的應用範圍愈來愈廣泛。圖／Pexels、網路

日本科學家新竹純，曾研發不同類型的螺旋槳動力飛行器。圖／Pexels、網路

編譯／韋士塔

螺旋槳是船隻航行最重要的推進裝置，但鋒利的金屬螺旋槳可能會傷害野生動物；有鑒於此，科學家研發出使用磁性流體（ferrofluid）製作的螺旋槳，不僅能以更高的效率運轉，也能避免傷害海洋生物，是取代傳統螺旋槳的理想替代方案。

傳統螺旋槳傷害海洋生物的事件頻傳，研究人員指出，船舶航行以及螺旋槳轉動時會產生噪音，導致鯨魚、海龜等海洋生物的反應變得遲鈍，因而與船隻及螺旋槳碰撞，致使海洋生物被絞傷。

為了減少海洋生物甚至人員受傷，科學家已著手研發不同材質的螺旋槳或防護設施，例如加裝防護柵欄等；另外，研究人員也從螺旋槳的基本結構著手。美國麻省理工學院（MIT）林肯實驗室及美國 Sharrow Marine公司合作，設計環型螺旋槳（toroidal propeller），大幅提升能源效率並減少螺旋槳高速轉動時產生的噪音，除了提升無人機與船隻的性能，更有助降低對海洋生物的干擾。

日本東京電機通訊大學（University of Electro-Communications）機械與智慧系統工程系助理教授新竹純（Jun Shintake）則從材料著手，尋求提升螺旋槳運作功效並保護海洋生物。新竹純指出，磁性流體是一種特殊的液體材料，此液體具有導磁之特性，能夠被磁鐵吸引；以磁性流體製造的螺旋槳，比固態的金屬螺旋槳葉片更安全。

新竹純與研究團隊已開發一款使用磁性流體螺旋槳的原型智慧船，這種螺旋槳由懸浮在油中的磁性氧化鐵（iron oxide）奈米顆粒組成，使用電磁體驅動，能夠高速啟動、關閉。

新竹純表示，他與其他研究人員持續研發使用軟性材料製作的致動器（actuator）、感測器及機器人。軟質的致動器也可稱為人造肌肉，可應用於輔助性的穿戴式裝置或機器人上。與這類致動器搭配的感測器，則用於檢測物體的運動及形狀變化，也可充當壓力感測器，例如用於測量穿戴者行走或跑動時足部承受的壓力。

新竹純對螺旋槳的研究相當廣泛，過去他曾協助開發一款輕型螺旋槳無人機，機身材質為可食用的米餅，可在災難發生時前往救難人員不易抵達的地區，為需要援助者提供食物，爭取寶貴的救援時間。

對於磁性流體螺旋槳，新竹純寄予厚望；這種在1960年代由美國航太總署（NASA）開發的神奇材料，目前已被應用於航太、汽車、工業用旋轉密封件等領域；新竹純認為，若相關技術成熟，磁性流體螺旋槳有望為航運帶來顛覆性的轉變，這不僅符合節能減碳的環保永續趨勢，也將為保護海洋生態做出貢獻。

此外，新竹純也尋求整合各式軟體機器人，並嘗試開發仿生系統機器人，例如具備人工智慧（AI）的魚形機器及飛行裝置。他的目標，是透過研究活動為社會做出貢獻，同時持續擴大研究領域並與業界合作，讓更多創新產品商業化。

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