به گزارش ایسنا، گروهی از پژوهشگران به سرپرستی مشترک «دانشگاه کالیفرنیا سندیگو»(UCSD)، «دانشگاه میشیگان» (UMich) و «مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه»(CNRS) در آزمایشگاه آکوستیک «دانشگاه لومان»(Le Mans University)، روش جدیدی را برای کنترل از راه دور رفتار یک ماده نشان دادهاند که با استفاده از صدا انجام میشود.
به نقل از تک اکسپلور، یافتههای این پژوهش میتوانند به توسعه تجهیزات محافظ، عضلات رباتیک یا ایمپلنتهای پزشکی بینجامند که سفتی خود را براساس نیاز تنظیم میکنند.
این گروه پژوهشی برای اولین بار نشان دادند که فرکانسهای خاصی از امواج صوتی را میتوان به یک ماده اعمال کرد تا ویژگیهای موضعی شناختهشده به عنوان پیچخوردگیهای مکانیکی را به طور قابل اعتماد جابهجا کند. این ویژگیهای موضعی تعیین میکنند که مناطق مختلف ماده نرم یا سفت هستند.
پیچخوردگیها به عنوان مرز بین دو حالت داخلی متمایز یک ماده عمل میکنند. در هر دو طرف یک پیچخوردگی، ماده ممکن است از اتمها یا عناصر سازنده یکسانی ساخته شده باشد، اما آن عناصر در سه بعد، جهتگیری متفاوتی دارند. این تغییر ظریف میتواند به شکلگیری ویژگیهای مکانیکی بسیار متفاوتی بینجامد. پیچخوردگیهای مکانیکی بهویژه جایی را نشان میدهند که یک ماده در آن تغییر شکل میدهد. به عنوان مثال، آنها در جایی ظاهر میشوند که فلزات به طور دائمی خم میشوند یا رشتههای DNA از هم جدا میشوند.
دانشمندان حوزه مواد مدتهاست که به کنترل پیچخوردگیها علاقهمند بودهاند، زیرا حرکت دادن آنها میتواند نحوه رفتار ماده را تغییر دهد. به عنوان مثال، پیچخوردگیها میتوانند تعیین کنند که کدام قسمتهای یک ماده نرم یا سفت به نظر برسند. با وجود این، انجام دادن این کار دشوار بوده است. در بیشتر مواد، پیچخوردگیها با موانع انرژی روبهرو میشوند که آنها را در جای خود میخکوب میکند.
پژوهشهای پیشین نشان دادهاند که میتوان پیچخوردگیها را با استفاده از امواج صوتی حرکت داد، اما «نیکلاس بوچلر»(Nicholas Boechler)، استاد گروه مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشکده مهندسی دانشگاه کالیفرنیا سندیگو توضیح داد که حرکت حاصل معمولاً آشفته و پیشبینی آن دشوار است.
بوچلر و همکارانش با همکاری «شیائومینگ مائو»(Xiaoming Mao) از دانشگاه میشیگان و «جورجیوس تئوچاریس»(Georgios Theocharis) از دانشگاه لومان، راهی را برای حرکت دادن یک پیچخوردگی به صورت کنترلشده با استفاده از امواج صوتی نشان دادهاند. آنها مادهای را مدلسازی کردند که در آن حرکت دادن پیچخوردگی، انرژی مصرف نمیکند. این یک ویژگی غیرمعمول و نادر است. این نتیجه با طراحی مادهای محقق شد که رفتار آن به جای ترکیب، توسط ساختارش تعیین میشود.
در ماده مدلسازیشده، هر جایی که پیچخوردگی قرار دارد نرم است؛ در حالی که بقیه ماده به تدریج سفتتر میشود. اگر پیچخوردگی به یک انتها منتقل شود، آن انتها نرم میشود؛ در حالی که سفتی به صورت نمایی به سمت انتهای مخالف افزایش مییابد. اگر پیچخوردگی را به طرف دیگر منتقل کنید، ویژگی سفتی وارونه میشود. اگر پیچخوردگی را به وسط منتقل کنید، ماده در مرکز نرم و به سمت هر دو انتها سفت میشود.
از آنجا که ماده مدلسازیشده هیچ مانع انرژی ندارد، پژوهشگران توانستند از امواج صوتی نه تنها برای جابهجایی پیچخوردگی استفاده کنند، بلکه این کار را به صورت قابل پیشبینی و گامبهگام انجام دهند.
سیستم مدلسازیشده در این پژوهش، کاربردهای بالقوه آینده مانند موادی با سفتی قابل تنظیم، ساختارهای تغییر شکلدهنده و انتقال سیگنال قوی را نوید میدهد.
بوچلر خاطرنشان کرد: در حال حاضر این یک مدل اسباببازی است. اگر چیزی شبیه به این بتواند به یک ماده واقعی تبدیل شود، میتوان ساختارهایی را تصور کرد که درجا سازگار میشوند؛ موادی که میتوانید با استفاده از صدا آنها را دوباره برنامهریزی کنید.
این پژوهش در مجله «Nature Communications» به چاپ رسید.
انتهای پیام
