این ماده جدید همانند ملخ جهش می‌کند

مهندسان دانشگاه کلرادو ماده شبیه به لاستیک جدیدی ساخته‌اند که می‌تواند به طور مستقل و بدون هیچ کمک خارجی، حرکت ملخ را تقلید کند و به هوا بپرد.

به گزارش تکناک، محققان دستاوردهای خود را در مقاله ای که اخیراً در مجله Science Advances منتشر شده است، ثبت کرده اند.

آنها پیش‌بینی می‌کنند که این نوع ماده روزی می‌تواند در ربات‌های نرم (روبات‌هایی که برای حرکت به چرخ دنده یا سایر اجزای سخت نیاز ندارند) برای جهش یا بلند کردن استفاده شود

تیموتی وایت، یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: همانطور که ملخ ها با ذخیره و آزاد کردن انرژی در پاهایشان پرش می کنند مواد کامپوزیت نیز می توانند واکنش نشان دهند.

وایت، استاد مهندسی شیمی و بیولوژیکی در دانشگاه کلرادو گفت: در طبیعت، بسیاری از سازگاری‌ها مانند پای ملخ از انرژی ذخیره‌شده مانند ناپایداری الاستیک استفاده می‌کنند. ما در حال تلاش برای ایجاد مواد مصنوعی هستیم که آن خواص طبیعی را تقلید کنند.

پژوهش جدید از رفتار غیرمعمول دسته ای از مواد به نام الاستومرهای کریستال مایع بهره می برد. این مواد نسخه پلیمری جامد و کشسانی از کریستال های مایع موجود در لپ تاپ ها یا نمایشگرهای تلویزیون هستند.

در این مطالعه، تیم ویفرهای کوچکی از الاستومرهای کریستال مایع به اندازه یک لنز تماسی ساختند و سپس آنها را روی یک صفحه داغ قرار دادند. با گرم شدن آن غشاها، آنها شروع به تاب برداشتن کردند و مخروطی را تشکیل دادند که به‌طور ناگهانی و انفجاری به سمت بیرون پرید و مواد را تنها در عرض 6 میلی‌ثانیه به ارتفاعی نزدیک به 200 برابر ضخامت خود رساند.

تایلر هبنر، نویسنده ارشد این مطالعه، که مدرک دکترای خود را در مهندسی شیمی از دانشگاه کلرادو دریافت کرده است، گفت: نتایج این تحقیق فرصت‌هایی را برای استفاده از مواد پلیمری به روش‌های جدید برای کاربردهایی مانند رباتیک نرم ارائه می‌کند، جایی که ما اغلب به این مکانیسم‌های تحریک با سرعت بالا و نیروی زیاد نیاز داریم.

کشف عجیب

هبنر، اکنون یک محقق فوق دکترا در دانشگاه اورگان است، و همکارانش تقریباً به طور تصادفی این رفتار جهشی را کشف کردند. او در حال آزمایش انواع مختلف الاستومرهای کریستال مایع بود تا ببیند چگونه شکل آنها تحت نوسان دما تغییر می کند.

ما فقط به تماشای الاستومر کریستال مایع بر روی صفحه داغ مشغول بودیم و به این می اندیشیدیم که چرا آن شکلی که ما انتظار داشتیم را ندارد. هبنر گفت، ناگهان از روی میز آزمایش به بالا پرید و هر دوی ما گیج و در عین حال هیجان زده به هم نگاه کردیم.

با آزمایش دقیق و کمک همکاران موسسه فناوری کالیفرنیا، این تیم کشف کردند که چه چیزی باعث می‌شود مواد آنها پرش با ارتفاع را انجام دهند.

وایت توضیح داد که هر یک از این غشاها از سه لایه الاستومر تشکیل شده‌اند. او گفت که این لایه ها وقتی داغ می شوند منقبض می شوند، اما دو لایه بالایی سریعتر از لایه پایینی منقبض می شوند. این ناهماهنگی، همراه با جهت‌گیری مولکول‌های کریستال مایع درون غشا‌ها، باعث انقباض فیلم و تشکیل یک شکل مخروطی می‌شود. این کمی شبیه این است که چگونه صفحات وینیل رنگ شده می توانند در برابر پرتوهای خورشید پیچ و تاب بخورند.

همانطور که مخروط شکل می گیرد، کرنش در غشا ایجاد می شود تا زمانی که به یکباره ضربه بخورد! مخروط معکوس می‌شود، سطح را می‌کوبد و مواد را به بالا پرتاب می کند. همان غشا همچنین می تواند چندین بار بدون فرسودگی پرش کند.

وایت گفت: وقتی این وارونگی اتفاق می‌افتد، مواد شروع به جهش می کنند درست مانند اسباب‌بازی بچه‌ها، از سطح به هوا می‌پرند.

جهش به جلو

با این حال، بر خلاف آن اسباب بازی ها، الاستومرهای کریستال مایع انعطاف پذیر هستند. به عنوان مثال محققان می‌توانند غشا‌های خود را طوری تغییر دهند که وقتی سرد می‌شوند بجهند نه هنگامی که گرم هستند. آنها همچنین می توانند به فیلم پاها بدهند تا آنها را در جهت خاصی بپرند.

بیشتر ربات‌ها احتمالاً نمی‌توانند از این نوع مکانیزم برای حرکت دادن قطعات خود استفاده کنند. اما وایت گفت که این پروژه نشان می‌دهد که مواد مشابه می‌توانند چه توانایی‌هایی داشته باشند. آنها می توانند مقدار قابل توجهی از انرژی الاستیک را ذخیره کنند، سپس آن را در یک حرکت آزاد می کند.

او گفت: این یک مثال قدرتمند از این است که چگونه مفاهیم اساسی که ما مطالعه می‌کنیم می‌توانند به طرح‌هایی تبدیل شوند که به روش‌های پیچیده و شگفت‌انگیزی عمل می‌کنند.