رباتی بیموتور از دل مادهای زنده ابداع شد! +فیلم
مهندسان دانشگاه پرینستون موفق به طراحی و ساخت نوعی ماده نوآورانه شدهاند که قابلیت گسترش، تغییر شکل، حرکت و پاسخدهی به دستورات الکترومغناطیسی مانند یک ربات کنترل از راه دور را دارد؛ با این تفاوت که این ماده هیچگونه موتور یا چرخدنده داخلی ندارد.
در این پژوهش که یادآور صحنههایی از فیلمهای علمی-تخیلی مانند «تبدیلشوندگان» است، تیم تحقیقاتی با الهام از هنر اوریگامی (تا کردن کاغذ) موفق به طراحی ساختاری شدهاند که مرز میان علم مواد و رباتیک را از میان برداشته است. نتیجه این تلاشها، تولید «مِتاماده»ای است که خواص منحصربهفردش نه از ترکیب شیمیایی، بلکه از ساختار فیزیکیاش ناشی میشود.
رباتی بدون موتور؛ فقط با میدان مغناطیسی
به گزارش ساینس دیلی، گلاوسیو پائولینو، استاد مهندسی در پرینستون، درباره این ماده جدید میگوید: «شما میتوانید میان یک ماده و یک ربات تغییر حالت دهید و آن را با یک میدان مغناطیسی خارجی کنترل کنید.»
محققان برای ساخت این ماده، ترکیبی از پلاستیکهای معمولی و مواد مغناطیسی خاص طراحیشده را به کار بردهاند. بهکمک میدان مغناطیسی خارجی، ساختار این ماده قابل تغییر است و به آن امکان میدهد بدون نیاز به تماس مستقیم، گسترش یابد، خم شود یا حرکت کند.
اختراعی به نام «متابات»
تیم پرینستون نام این ماده را «متابات» گذاشتهاند؛ ترکیبی از واژههای «متاماده» و «ربات». این ساختار از واحدهایی ماژولار تشکیل شده که بهصورت تصویر آینهای نسبت به هم طراحی شدهاند؛ ویژگیای که به آن «کایرالیته» یا «پادگردی» گفته میشود. این ساختار، توانایی انجام حرکات پیچیده مانند پیچش، جمعشدن و کوچکشدن را تنها با یک فشار ساده ممکن میسازد.
مینجی چن، استاد مهندسی برق و رایانه و عضو مرکز اندلینگر در دانشگاه پرینستون، درباره ویژگیهای متابات میگوید: «میدانهای الکترومغناطیسی همزمان نیرو و سیگنال را منتقل میکنند. رفتار هر واحد ساده است، اما وقتی آنها را کنار هم قرار میدهید، سیستم میتواند رفتار بسیار پیچیدهای از خود نشان دهد.»
کاربردهایی از پزشکی تا مهندسی هوافضا
متابات میتواند دریچهای بهسوی کاربردهای متنوع در حوزههایی، چون رباتیک نرم، مهندسی هوافضا، جذب انرژی و تنظیم دمای خودکار باز کند.
داویده بیگونی، استاد مکانیک جامدات و سازه در دانشگاه ترنتوی ایتالیا، این نوآوری را «پیشگامانه» خوانده و میگوید: «این فناوری میتواند منجر به تحول بنیادین در حوزههای گوناگون شود.»
یکی از کاربردهای امیدوارکننده این ماده در حوزه پزشکی است. بهگفته محققان، میتوان از رباتهای کوچکی که با این متاماتریال ساخته میشوند برای انتقال دارو به نقاط خاص بدن یا ترمیم بافتها و استخوانهای آسیبدیده توسط جراحان استفاده کرد. نمونه اولیهای از این رباتها با استفاده از فناوری لیتوگرافی لیزری در مؤسسه مواد پرینستون ساخته شده که تنها ۱۰۰ میکرون ارتفاع دارد؛ کمی ضخیمتر از یک تار موی انسان.
همچنین این ماده توانسته در یک آزمایش، بهعنوان تنظیمکننده دما عمل کند. این متابات با تغییر بین دو سطح سیاه جذبکننده نور و سطح بازتابنده، قادر است دمای سطح را از ۲۷ درجه به ۷۰ درجه سانتیگراد و بالعکس تغییر دهد.
ساختار هندسی الهامگرفته از اوریگامی
رمز موفقیت این متاماتریال در هندسه آن نهفته است. پژوهشگران از الگویی به نام «Kresling» در اوریگامی بهره گرفتهاند که در آن لولههای پلاستیکی با آرایش خاصی از تکیهگاهها طراحی میشوند تا هنگام فشردگی پیچ بخورند و هنگام پیچش فشرده شوند. آنها با اتصال دو لوله Kresling بهصورت تصویر آینهای، یک استوانه بلند ساختهاند که دو انتهای آن با چرخش در جهتهای مختلف به شیوهای متفاوت تا میشود.
این الگو با کمک میدان مغناطیسی میتواند بهطور دقیق هر بخش از استوانه را مستقل از بخش دیگر به حرکت درآورد. در نتیجه، مجموعهای از حرکات پیچیده مانند باز و بسته شدن، جمعشدن، پیچش یا جابهجایی بهدست میآید.
پائولینو با اشاره به رفتار غیرمتقارن این ماده میگوید: «در حالت عادی، اگر یک نوار لاستیکی را در یک جهت بپیچانید و سپس در جهت مخالف، دوباره به وضعیت اولیه برمیگردد. اما متابات این رفتار معمول را ندارد. اگر ابتدا در جهت ساعتگرد و سپس پادساعتگرد بچرخانید، جمع و سپس باز میشود؛ اما اگر توالی را معکوس کنید، دوبار جمع میشود.»
این پدیده بازتابی از مفهوم «هیسترزیس» است؛ یعنی وابستگی پاسخ سیستم به تاریخچه تحریکات آن. هیسترزیس پدیدهای رایج در مهندسی، فیزیک و اقتصاد است که معمولاً به سختی با مدلهای ریاضی قابل توصیف است.
شبیهسازی رفتارهای منطقی و رایانشی با ماده
به باور پائولینو، از این متاماتریال میتوان در آینده برای ساخت سازههایی فیزیکی استفاده کرد که عملکردی مشابه دروازههای منطقی (Logic Gates) در رایانهها دارند.
او میگوید: «این ماده راهی فیزیکی برای شبیهسازی رفتارهای پیچیده مانند حالتهای غیرجابجایی (non-commutative states) فراهم میکند.»
انتهای پیام/
