Снежные бури часто оставляют напоминания о своем присутствии в течение нескольких дней, а иногда и недель после того, как вернется более теплая и солнечная погода. Снежные сугробы, часто образуемые снегоочистителями при расчистке основных дорог, могут оставаться на парковках, тротуарах и подъездных путях, даже когда температура поднимается значительно выше нуля.
Виновником этого явления является сильно отражающая поверхность свежего снега, которая значительно сводит к минимуму любые потенциальные эффекты таяния от солнечного тепла. Города в холодных регионах обычно прибегают к активным методам расчистки снежных заносов, таким как вывоз снега на свалки или использование газовых обогревателей. Эти усилия могут составить ежегодный счет в размере от 25 до 125 миллионов долларов на город, что делает уборку снега вечной проблемой.
Исследовательская группа из Технологического института Вирджинии нашла решение, как для муниципалитетов, стремящихся сэкономить миллионы, так и для домовладельцев, надеющихся избежать работы лопатой для уборки снега: Melt Mat.
Продукт группы старших дизайнеров кафедры биомедицинской инженерии и механики Инженерного колледжа. Melt Mat представляет собой термопоглощающее одеяло, изготовленное из тонкого листа алюминия, на который напылено ультратонкое покрытие. - матовая черная краска. При накрытии снега Melt Mat увеличивает время таяния в три раза, и все это без каких-либо усилий или затрат энергии.
Результаты исследования, проведенного студентами в области дизайна, изготовления и испытаний расплавленного мата, были недавно опубликованы в журнале Langmuir. Студенты также получили предварительный патент на Melt Mat от компании Virginia Tech Intellectual Properties.
«Идея теплопоглощающего одеяла нова, но также и очень практична», - сказал Джонатан Борейко, доцент кафедры биомедицинской инженерии и механики и научный руководитель группы. «Ради новизны команде действительно нужно было опубликоваться в журнале. Ради практичности мы пошли на патент».
«Они получили и то, и другое», - сказал Борейко. «Я им очень гордился».
Отличительной чертой программы бакалавриата по инженерным наукам и механике является то, что старшие проектные группы формируются весной на первом курсе студентов. В это время преподаватели программы посещают младшие классы по скользящему графику, чтобы представить свои идеи для проектов для старших. После выбора идеи члены команды погружаются в дизайн-проект до выпуска - иногда дольше - с целью проведения исследований и разработки продуктов вместе со своими преподавателями.
«Как правило, снег отражает примерно три четверти солнечной радиации обратно в воздух, поэтому солнцу на самом деле очень трудно растопить сугроб», - сказал Борейко. «Даже если температура выше нуля и светит солнце, снежная поверхность сразу же отражает большую часть тепла. Это основная проблема, которую мы пытаемся здесь решить».
Весной 2016 года Борейко предложил идею термопоглощающего одеяла, которое не только поглощало бы солнечное тепло, но и могло бы проводить это тепло по поверхности одеяла, чтобы ускорить время таяния снега. Выбрав идею Борейко в качестве основы своего проекта, команда приступила к процессу проектирования, конструирования и экспериментов с несколькими масштабными моделями, одна из которых более года спустя стала называться Melt Mat.
Простая пассивная конструкция коврика Melt Mat означает, что его производство будет дешевле, и он идеально подходит для многократного использования. Его прочная конструкция также предотвращает деградацию мата Melt Mat с течением времени, что является проблемой, наблюдаемой при других пассивных методах уборки снега, таких как распределение большого количества частиц сажи по сугробам для получения аналогичного эффекта. Поскольку Melt Mat не использует антифриз или другие химические вещества, которые могут попасть в грунтовые воды, его использование не оказывает неблагоприятного воздействия на окружающую среду.
С широким спектром применений, включая жилые подъезды и тротуары, парковки и спортивные площадки, несколько членов команды дизайнеров изучили возможность создания компании по производству, маркетингу и продаже Melt Mat. Но теперь, имея на руках предварительный патент, команда надеется найти авторитетную компанию, которая могла бы быть заинтересована в работе над полным патентом, который позволил бы заключить лицензионные соглашения на использование технологии Melt Mat.
«Когда наш старший класс дизайнеров закончился, мы почувствовали, что действительно что-то сделали», - сказала Сара Рэй, старший член команды дизайнеров и один из соавторов исследования. «Мы решили пойти дальше».
Если повезет, Melt Mat может появиться в ближайшем к вам магазине.