خبر

  • تک بورد - لوکسو ، جونیور و میستیک رویکردهای جدیدی را برای تغییر شکل مواد ایجاد می کنند

    لوکسو ، جونیور و میستیک رویکردهای جدیدی را برای تغییر شکل مواد ایجاد می کنند
    16 روز و 23 ساعت قبل

    دو مقاله جدید روش های امیدوار کننده ای را برای ایجاد تغییر شکل در ساختارها برجسته می کند.
    Luxo Jr. بر اساس مقاله جدیدی که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است ، نود سال بعد ، لامپ زاویه دار به الهام بخش یک رویکرد جدید در ساخت مواد تغییر شکل چند منظوره برای روباتیک ، بیوتکنولوژی و کاربردهای معماری کمک کرده است.

    در همین حال ، فیزیکدانان در دانشگاه کیس وسترن رزرو و دانشگاه تافتز به رویکرد امیدوارکننده دیگری برای ایجاد مواد تغییر شکل جدید روی آورده اند. محققان از راه دور سطح معمولاً یک کریستال مایع را بدون هیچ گونه محرک خارجی (مانند فشار یا گرما) از راه دور دستکاری کردند و ظاهر فیزیکی آن را صرفاً با حضور نزدیک سطح ناهموار تغییر دادند. روزهای اولیه است ، اما محققان می گویند رویکرد آنها می تواند روزی موادی را ایجاد کند که بتوانند با سهولت The X-Men's Mystique تغییر شکل دهند. آنها کار خود را در مقاله جدیدی منتشر کردند که در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.

    توسعه مواد جدید تغییر شکل یک حوزه بسیار فعال تحقیقاتی است زیرا بسیاری از برنامه های امیدوار کننده مانند ساختن ماهیچه های مصنوعی - مواد دست ساز وجود دارد. ، محرک ها یا دستگاه های مشابه که ویژگی های انقباض ، انبساط و چرخش (گشتاور) حرکت ماهیچه های طبیعی را تقلید می کنند. به عنوان مثال ، در سال 2019 ، تیمی از محققان ژاپنی یک ماده آلی کریستالی را با پلیمر برای انعطاف پذیری بیشتر چسبانده و اثبات مفهوم خود را با استفاده از مواد آنها برای ساختن عروسک کاغذی با فویل آلومینیومی در حالت نشسته نشان دادند. اکثر ماهیچه های مصنوعی طوری طراحی شده اند که به میدانهای الکتریکی (مانند پلیمرهای فعال کننده الکتریکی) ، تغییرات دما (مانند آلیاژهای حافظه شکل و خط ماهیگیری) و تغییرات فشار هوا از طریق پنوماتیک واکنش نشان می دهند.

    تبلیغات

    بعداً در همان سال ، دانشمندان MIT گروهی را به اصطلاح "مواد 4 بعدی" ایجاد کردند که از تکنیک ساخت مشابه چاپ سه بعدی استفاده می کند ، اما طراحی شده است تا در طول زمان در واکنش به تغییرات محیط مانند رطوبت و دما تغییر شکل دهد. آنها همچنین گاهی اوقات به عنوان سیستم های اصلی شکل دهی یا شکل دهی شناخته می شوند. این نوع مواد تغییر شکل ممکن است روزی برای ساختن چادرهایی استفاده شوند که به تنهایی باز می شوند و باد می شوند ، فقط با تغییر دما (یا شرایط دیگر محیط). سایر کاربردهای احتمالی شامل لنزهای تلسکوپی تغییر شکل پذیر ، استنت ها ، داربست برای بافت مصنوعی و روباتیک نرم است. src = "https://techbord.com/picsbody/2110/6766-1.jpg" alt = "https://techbord.com لوکسو ، جونیور و میستیک رویکردهای لازم را برای تغییر شکل مواد ایجاد کنند" srcset = "https://cdn.arstechnica.net/ wp-content/uploads/2021/10/shapeshift3.jpg 2x "> بزرگنمایی/محققان هاروارد یک ماده تغییر شکل ایجاد کرده اند که می تواند هر شکل ممکن را داشته باشد و نگه دارد. Harvard SEAS/CC BY

    T برای Totimorphic

    است

    آنچه در مورد آخرین تحقیقات تیم هاروارد منحصر به فرد است این است که مجموعه بلوک ها یا سلول های به هم پیوسته آنها می توانند هر تعداد پیکربندی را به خود اختصاص داده و حفظ کنند. بیشتر مواد تغییر شکل فقط به تعداد انگشت شماری محدود می شوند. به همین دلیل است که آنها را مصالح ساختاری "totimorphic" می نامند.

    "تغییر شکل و ساختار مواد امروزی فقط می تواند بین چند پیکربندی پایدار منتقل شود ، اما ما نشان داده ایم که چگونه می توان مصالح ساختاری را ایجاد کرد که دارای طیف وسیعی از شکل هستند- L Mahadevan ، یکی از نویسندگان دانشکده مهندسی و علوم کاربردی (A. SEAS) هاروارد ، از دانشگاه هاروارد گفت. "این ساختارها امکان کنترل مستقل هندسه و مکانیک را فراهم می آورند و پایه و اساس مهندسی شکل های عملکردی را با استفاده از نوع جدیدی از سلول های واحد قابل تغییر ایجاد می کنند." هم استحکام و هم کشش (یا سازگاری) بهینه شده است. اگر یک ماده سازگاری زیادی داشته باشد ، نمی تواند اشکال متفاوتی را که می پذیرد حفظ کند زیرا پیکربندی پایدار نخواهد بود. اگر یک ماده بسیار سفت و سخت باشد ، به هیچ وجه قادر به پیکربندی جدید نخواهد بود. در آنجاست که لامپ زاویه دار وارد می شود. سر چراغ "به دلیل دارا بودن مجموعه ای از چشمه های متضاد در کشش که طول آنها را تغییر می دهد در حالی که کل انرژی ثابت باقی می ماند" بی نهایت قابل تغییر است.

    تبلیغات

    به عبارت دیگر ، سر لوکسو جونیور در هر موقعیتی ثابت می ماند زیرا چشمه های آن برای مقابله با نیروی گرانش به هر اندازه که لازم باشد کشیده و فشرده می شود. این اصطلاح فنی یک "ساختار بی طرف پایدار" است: ساختاری که در آن عناصر سفت و محکم به طور ایده آل متعادل هستند ، و آنها را قادر می سازد تا بین تعداد نامحدودی از موقعیت ها یا جهت ها در حالی که هنوز در همه آنها پایدار هستند ، گذار کنند. مهادوان و همکارانش اساساً مجموعه ای را با استفاده از لولا های قابل تعویض به عنوان بلوک های ساختمانی ایجاد کردند تا تعادل یکسانی بین سفتی و سازگاری ایجاد شود.

    محققان هاروارد این ماده را به دلیل قابلیت تغییر شکل به هر شکل پایدار "توتیمورفیک" نامگذاری کردند. محققان سلولهای واحد را با مفاصل طبیعی پایدار متصل کردند و ساختارهای دو بعدی و سه بعدی را از سلولهای توتیمورفیک جداگانه ساختند.

    "با داشتن یک واحد واحد خنثی پایدار ، می توانیم هندسه مواد را از پاسخ مکانیکی آن در سطح فردی و جمعی جدا کنیم." ، Gaurav Chaudhary ، یکی از محققان فوق دکترا در SEAS ، گفت: هندسه سلول واحد را می توان با تغییر اندازه کلی و همچنین طول پایه تک متحرک تغییر داد ، در حالی که پاسخ الاستیک آن را می توان با تغییر در سختی فنرها در ساختار یا طول آن تغییر داد. ستونها و پیوندها. "

    به عنوان اثبات مفهوم ، تیم نشان داد که یک صفحه از سلولهای توتیمورفیک آنها می تواند خم شود ، به شکل مارپیچ بپیچد ، وزن را تحمل کند و حتی به شکلهای شبیه صورت تبدیل شود. S. Ganga Prasath ، یکی از همکاران فوق دکتری SEAS ، می گوید: "ما نشان می دهیم که می توانیم این عناصر را در ساختارهایی جمع آوری کنیم که با واکنش مکانیکی ناهمگن هر شکلی را به خود بگیرند." "از آنجا که این مواد در هندسه پایه گذاری شده اند ، می توان آنها را به عنوان حسگر در رباتیک یا بیوتکنولوژی مورد استفاده قرار داد یا برای استفاده در مقیاس معماری مقیاس بندی کرد.





خبرهای دیگر از علوم پایه