ساخت ماده ای به نرمی پنبه و محکمی فولاد

و بسایت کلیک: خودروی بعدی شما به کیسه‌ی هوا نیاز ندارد!پژوهشگران شیوه‌ای جدید برای تغییر ماهیت مواد یافته‌‌اند که امکان تغییر میزان سختی آنها را به راحتی فراهم می‌کند. در این روش جدید تنها با وارد آوردن فشاری بسیار ناچیز می‌توان یک ماده را همانند پنبه نرم و مثل فولاد محکم کرد.

این طراحی جدید برای فراماده‌ها (Metamaterials)، یعنی موادی که با دستکاری‌های مهندسی خواصی ویژه که در طبیعت وجود ندارد پیدا می‌کنند، کاربردهای بسیار متنوعی دارند از جمله این که می‌توان کیسه‌های هوای (نه به مفهوم رایج، بلکه عملکرد آنها را) را در بدنه خودرو تعبیه کرد یا تایرهایی برای دوچرخه ساخت‌ که به طور خودکار نرمی و سختی خود را تغییر می‌دهند.

آن چه که موجب شده دانشمندان نگاه ویژه‌ای به رویکرد جدید داشته باشند، مقاومت فوق‌العاده بالای آن نسبت به تغییر شکل‌های مکرر است؛ به این معنی که در طراحی جدید هیچ صدمه‌ای به اجزا تشکیل دهنده مواد وارد نشده و انرژی چندان زیادی هم مصرف نمی‌کند.

در این رابطه"ژیائومینگ مائو" از فیزیکدانان دانشگاه میشیگان و از اعضای ارشد پروژه این طور می‌گوید: "ویژگی جدید و بسیار جالب این فراماده امکان تغییر شکل در قالب یک شی بسیار نرم یا فوق‌العاده نرم‌ است. معمولا تغییر میزان استحکام مواد رایج کنونی بسیار دشوار است؛ ماده یا سخت می‌شود یا نرم. در حالی که فراماده جدید این دو ویژگی را توامان دارد."

برای مثال مواد پر کننده‌ی دندان را در نظر بگیرید؛ بعد از قرار گرفتن در دندان، بدون مته‌کاری و آسیاب کردن توسط دندانپزشک به هیچ عنوان امکان تغییر آنها وجود ندارد.

مائو و همکارانش با تکنیکی جدیدی که اختراع کرده‌‌اند قوانین طبیعت را به دور زده‌اند. همان گونه در ویدئوی آنها نشان می‌دهد، هندسه‌ی مواد جدید مبتنی بر شبکه‌ای از پایه‌هایی بسیار کوچک است که توسط لولاهای متعددی به یکدیگر متصل شده‌اند.

با تغییر شکل ساختار شبکه‌ مانند، ویژگی‌های سطح ماده تغییر کرده و در قسمت لبه‌ها نرم‌تر یا محکم‌تر می‌شود.

اما از آن جایی که تمام کشش به لولاها وارد می‌شود، ساختار اصلی هیچ تغییری نخواهد کرد؛ به تعبیر پژوهشگران پروژه از توپولوژی آنها محافظت می‌شود.

طراحی جدید راه را برای ساخت موشک‌هایی که هنگام پرتاب فوق‌العاده محکم بوده و در زمان فرود آمدن روی زمین نرم‌ خواهند شد، هموار خواهد کرد؛ ضمنا می‌توان از برای ساخت چرخ‌هایی خاص در وسایل نقلیه استفاده کرد که در هنگام تصادف، فشار وارده را به خود جذب می‌کنند.

در این رابطه مائو اضافه می‌‌کند: "هنگام رانندگی دوست دارید خودرو کاملا محکم بوده و فشار وارده را تحمل کند. اما هنگام تصادف بهتر است قطعات مختلف به کار رفته در آن نرم‌تر شده و انرژی ایجاد شده از تصادف را جذب کرده و در نتیجه از سرنشینان خودرو محافظت شود."

اگر چه این ماده‌ی ترکیبی جدید به تازگی متولد شده اما پتانسیل‌های بالقوه‌ی استفاده از آن بی‌شمارند.

ویژگی‌های این نوع فراماده‌ها تنها با اجزاء سازنده‌ی آنها تعریف نشده و چگونگی قرارگیری این اجزاء کنار یکدیگر هم نقش مهمی در تعیین آنها دارد؛ نحوه‌ی خاص قرارگیری این اجزاءکنار یکدیگر این امکان را به دانشمندان می‌دهد که روپوش‌های مخصوص رادارگریز بسازند یا موادی بسازند که با قرار گرفتن در معرض گرما یا سرما، تغییر وضعیت دهند.

ساخت این فراماده واقعا کار بزرگی است و حوزه‌های مختلفی را متحول خواهد کرد. اگر خودروی بعدی شما بدون نیاز به کیسه‌های هوای جداگانه قادر به جذب فشار وارد آمده‌ی ناشی از تصادف باشد، فراموش نکنید از چه کسانی باید تشکر کنید!

این پژوهش در ژورنال Nature Communications منتشر شده است.