拓扑泵甚至通过损坏的路径也可以传输机械能

时间：2021-09-25 12:52:07 来源：

临时泵示意图。

拓扑泵可以为通信技术提供稳定性。

如今，大多数技术都依赖以光，无线电波或机械波的形式传输能量的设备。然而，这些波导通道在制造中或在恶劣环境中部署后容易受到混乱和损坏。

伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的Grainger工程学院的研究人员通过实验证明了一种新的能量传输方式，即使通过有缺陷的波导，即使这种疾病是时间上的暂时现象，也可以通过这种方式进行传输。这项工作可能会导致更坚固的设备继续运行，即使受到损坏也是如此。

机械科学与工程副教授Gaurav Bahl和物理学教授Taylor Hughes在《自然通讯》上发表了他们的发现。这项重要的工作是由博士后Inbar Grinberg领导的，也是机械科学与工程领域的研究员。

他们的文章“在磁机械拓扑绝缘体中的鲁棒的临时泵送”详细介绍了拓扑泵，该系统在定期驱动时会按需且可靠地传输机械能。研究人员使用一种由弹簧，质量和磁铁组成的一维磁机械人工材料建造了拓扑泵。

该泵的灵感来自获得诺贝尔奖的物理学家戴维·图勒斯（David Thouless）于1983年所做的工作，他在其中提出了一种实现单个颗粒的定量传输的方案，例如电子，通过周期性的电势，例如一串原子。基本原理是根据时间对链的结构进行渐进的周期性调制。在泵送周期的每个周期完成时，单个颗粒必须在一端进入链，同时单个颗粒也必须从链的另一端离开。即使原子链具有一定程度的无序性，也会可靠地发生这种情况。

这种类型的系统之所以称为泵，是因为其技术说明让人联想起阿基米德螺杆式手动摇水泵，其历史可追溯到古埃及。

Grainger研究人员采纳了Thouless的想法，并将其实现为机械拓扑泵。一个显着的区别是，它们的泵在泵送周期的一个周期内，在整个链条上传输机械能，而不是颗粒或水。而且，即使链条在空间或时间上有明显的混乱，泵也能成功运行。为了完成与水螺杆泵的类比，研究人员通过旋转的曲轴驱动了他们的演示。

“最终，我们想扩展此演示，以产生类似的弹性波导，用于光，声和电，” Bahl解释说。“梦想是将信号放入一维通道的一端，并确保在用户需要时以一种健壮的方式传输到另一端。我们认为，拓扑泵是实现此目标的好方法。”

光纤和铜线构成我们所有通信技术的骨干。目前，沿着这种沟通渠道的损害程度不大，例如除了完全断开连接外，其他任何操作都可能降低信号强度，甚至产生不希望的反射，这会对这些通道可以传输的数据量产生不利影响。

研究团队认为，在这些情况下，拓扑抽水可能是一个很好的解决方案。

参考：Inbar Hotzen Grinberg，Mao Lin，Cameron Harris，Wladimir A.Benalcazar，Christopher W.Peterson，Taylor L.
10.1038 / s41467-020-14804-0

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