وقتی فناوری، صفحات صاف و نازک را به چهره انسان تبدیل می نماید - راه ساری

به گزارش خبرنگار فناوری خبرنگاران، محققان MIT یک ساختار شبکه ای مانند با چاپ سه بعدی طراحی نموده اند. این ساختار از لایه های مسطح به اشکال از پیش معین شده تصویر سازی شده و در پاسخ به تغییر دما می تواند پیکربندی که پیچیده تر از مواد دیگر است را شکل بدهد.

در اثبات این موضوع محققان یک شبکه مسطح را طراحی کردند. این شبکه هنگامی که در یک دمای خاص قرار می گیرد می تواند شکل صورت انسان را به خود بگیرد. آن ها همچنین شبکه ای که با فلز مایع رسانا، جاسازی شده طراحی کردند.

از روش جدید طراحی این گروه می توان برای معین الگو های خاص ساختار مسطح شبکه برای چاپ، با توجه به خصوصیات مواد استفاده کرد تا ساختار به شکل دلخواه تبدیل گردد. محققان می گویند که این فناوری می تواند برای طراحی ساختار های گسترده مثل چادر و پوشش هایی استفاده گردد که در پاسخ به تغییرات آب و هوایی اتوماتیک باز و بسته می شوند.

این ترکیب می تواند به عنوان چهارچوبی برای بافت مصنوعی یا لنز های قابل تغییر در تلسکوپ ها استفاده گردد.

وین ریس، پروفسور مهندسی مکانیک در MIT که کاربرد های این روش در روباتیک نرم را آنالیز می نماید، کفت: من دوست دارم این همبستگی را ببینم. برای مثال یک روبات ستاره دریایی که وقتی آنرا در آب قرار می دهیم تغییر شکل می دهد. اگر بتوانید از این روش به عنوان محرک بهره ببرید، مثل یک عضله مصنوعی، محرک می تواند به هر شکل دلخواهی تبدیل گردد.

دو سال پیش ون ریس، یک طراحی نظری برای نشان دادن چگونگی تبدیل یک ورق صاف نازک به شکل پیچیده ای مانند چهره انسان ارائه کرد. محققان در زمینه مواد 4 بعدی (موادی که برای تغییر شکل طراحی می شوند) روش هایی را برای تغییر بعضی مواد یا شکل های مختلف ایجاد نموده بودند، اما فقط به ساختار های ساده می پرداختند.

ریس ادامه داد: هدف من آغاز با شکل های 3 بعدی پیجیده مثل صورت انسان بود که می خواهیم به آن برسیم. اما مشکل پیش روی طراحی ما چگونگی رسیدن به برنامه ای است که ما به هدف برساند.

او برای محاسبه انبساط و انقباض نواحی از صفحه دولایه ماده برای رسیدن به شکل دلخواه فرمولی ارائه داد. همچنین یک رمز برای شبیه سازی این ماده نظری اعلام کرد. او سپس از این فرمول استفاده و مشاهده کرد چگونه این روش می تواند یک صفحه درهم تنیده و مسطح را به صورت پیچیده انسان شکل دهد.

ریس و همکارانش به سرعت فهمیدند که این روش روی بیشتر مواد فیزیکی نمی تواند اعمال گردد یا حداقل تا زمانی که از صفحات در هم تنیده استفاده می نمایند این امر ممکن نیست، در حالیکه ریس از صفحات در هم تنیده، به عنوان ماده ایده آل، بدون هیچ محدودیت انبساطی و انقباضی استفاده می کرد. در مقابل بیشتر مواد از نظر رشد بسیار محدود هستند. این محدودیت عواقبی روی خواصی که به عنوان خمیدگی دوگانه شناخته می گردد را شکل می دهد. خمیدگی دوگانه یعنی سطح می تواند همزمان در دوجهت عمودی خم گردد. اثری که با یک فرضیه تقریبا 200 ساله بوسیله کارل فردریش گاوس به نام قضیه Egregium شرح داده شده است.

اگر شما تا الان سعی نموده اید که یک توپ فوتبال را کادو کنید این مفهوم را تجربه نموده اید و برای اینکه کاغذ صاف را شکل توپ کنید که خمیده است باید کاغذ را چین بدهید و آنرا در اطراف و پایین مچاله کنید تا کاملا توپ را بپوشانید. به عبارت دیگر، برای اینکه ورق کاغذ با یک شکل با انحنای مضاعف تطبیق یابد، باید در مکان های لازم کشش یا انقباض یا هر دو در مکان های لازم را ببندد تا یک توپ را به طور یکنواخت بپوشاند.

به همین منظور محققان اساس ساختار را از صفحات درهم تنیده به شبکه تغییر می دهند. این ایده دو قسمتی بود؛ اول اینکه دما موجب می گردد دنده های انبساطی وانقباضی نسبت به صفحات در هم تنیده بیشتر خم می شوند. دوم اینکه فضا های خالی شبکه می توانند راحت تر با تغییرات بزرگ تطبیق پیدا نمایند و سطح تطبیق یافتن را در سراسر ورق سرعت بدهد.

محققان همچنین هر دنده را جوری طراحی کردند که برای ساختن شکل هایی مانند بینی سریعتر از حدقه چشم عمل کند. محققان ساختن این شبکه که شبیه صورت انسان می گردد را با یک تصویرسه بعدی از گاوس، کسی که قوانین هندسی اش به گروه یاری بسیاری کرد، آغاز کردند. آن ها با این تصویر فواصل مسطحی که احتیاج است برای شکل دادن به صورت بالا بیاید یا پایین برود را معین کردند.

این گروه شبکه ای از PDMS، یک ماده رایج پلاستیکی که بصورت طبیعی وقتی در معرض افزایش گرما قرار می گیرد، چاپ کردند. آن ها پاسخ دمایی را با استفاده از فیبر های شیشه ای تنظیم کردند. بعد از چاپ شبکه ها را در یک فر با دمای 250 درجه سیلسیوس می گذارند. سپس آنرا در حمام آب نمک گذاشته تا هم دمای اتاق گردد و شبیه صورت انسان گردد.

مجله زیتوا: مجله زیتوا | مجله خبری ایران و جهان پیرامون