سمناکس اصل آمریکایی

  • تاریخ : ۹ام مرداد ۱۳۹۷

کامپوزیت جدیدی توسط محققان ساخته شده است که توسط نور تحریک می‌شود و در اثر آن می‌تواند شروع به انجام حرکات پیچیده در جهات مختلف کند. این ماده می‌تواند در ساخت موتور، شیر و بازوهای نوری مورد استفاده قرار گیرد.

محققان دانشگاه تافس، در ایالات متحده به تازگی توانسته‌اند کامپوزیت الاستومتری مغناطیسی تولید کنند که می‌تواند در جهات مختلف به وسیله تحریک نوری، حرکت کند. دست‌یابی به این کامپوزیت، رؤیای استفاده از مواد الاستومتر تحریک‌پذیر در محصولات متحرک مختلف همانند موتورهای کوچک و دریچه‌های حساس به نور برای باز و بسته شدن را دوباره زنده کرده است. مقاله حاصل از این پژوهش، در تاریخ ۳ مردادماه در مجله National Academy of Sciences منتشر شده است.

کامپوزیت
در حیطه بیولوژی، موارد مشابه زیادی برای موتورهای زیستی با محرک نور خورشید وجود دارد که ساده‌ترین آن‌ها را می‌توان در چرخش برگ‌ها و گل‌های آفتابگردان به سمت نور خورشید دانست. آنچه که باعث تغییر شکل کامپوزیت ساخته شده با تابش نور می‌شود، خاصیت دمای کوری (Curie temperature) است. دمای کوری، دمایی است که در آن مواد بر اثر افزایش یا کاهش دما، خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کنند. با سرد و گرم کردن موادی که دارای خاصیت دمای کوری هستند، می‌توان آن‌ها را به عنوان یک آهنربا مورد استفاده قرار داد و در شرایط مختلف آن‌ها را فعال یا غیرفعال نمود. پلیمرهای زیستی و الاستومتری که توسط اکسید کروم پوشش داده شده باشند، در هنگام افزایش دما، به وسیله لیزر یا نور خورشید، به صورت موقت خاصیت مغناطیسی خود را از دست می‌دهند و تا زمانی که سرد نشده باشند، به همان حالت باقی می‌مانند. حرکت‌های خمشی که این ماده ایجاد می‌کند، می‌تواند پایه حرکتی و حالت دهنده لایه نازک، هیدروژل و اسفنج‌ها باشد. این مواد به همراه لایه‌ای از اکسید کروم، در مجاورت مدارهای مغناطیسی یا قطب‌های آهنربایی شروع به خم شدن و حرکت در جهات مختلف بر اساس دمای سطح اکسید کروم خواهند کرد.

کامپوزیت

استادان دانشگاه تافس، فورنزو امنتو نویسنده مسئول مقاله و فرانک سی.دابل به عنوان ناظر بخش مهندسی در مورد ساخته جدید خود می‌گویند:

ما می‌توانیم این حرکت‌های به ظاهر ساده را برای انجام حرکت‌های پیچیده‌تر ترکیب کنیم؛ حرکت‌هایی همانند شنا کردن، خزیدن و راه رفتن. این حرکت‌ها با استفاده از نور و به صورت وایرلس کنترل خواهند شد و نیازی به محرک‌های اضافی همانند باتری و سوخت نخواهند داشت.

گروه امنتو، ابتدای کار خود برخی از حرکت‌های پیچیده‌ای را با استفاده از تاباندن نور به قسمت‌های مختلف یک گیرنده منعطف و گرفتن و رها کردن اشیاء امتحان کردند. منگ لی، نویسنده نخست مقاله در این مورد می‌گوید:

یکی از ویژگی‌های تحریک نوری و کامپوزیت‌های تولید شده این است که ما می‌توانیم به وسیله تابش متمرکز نوری به یک قسمت خاص از ماده آن را تحریک و باقی قسمت‌ها را به صورت ثابت نگه داریم. برخللاف سایر مواد همانند کریستال‌های مایع، کامپوزیت کنونی می‌تواند به سمت منبع نوری حرکت کند یا از آن دور شود. همه این ویژگی‌ها را می‌تواند با در کنار هم قرار دادن این بازوهای متحرک برای ساختن بازوی متحرک یا ماشین در ابعاد بزرگ‌تر نیز به کار گرفت.

کامپوزیت

محققان برای آزمودن میزان باورپذیر بودن این ویژگی و همچنین ایجاد یک نمونه اولیه از موتورهای محرک نوری، موتوری با عنوان «موتور کوری» ساختند. برای ساختن این موتور، محققان نواری از کامپوزیت تولید شده را به صورت حلقه روی نوک سوزن مانندی جاسازی کردند. کل مجموعه داخل میدان مغناطیسی قرار گرفت. زمانی که نور متمرکز همانند لیزر روی قسمتی از نوار تابانده می‌شود، بر اساس خواص ماده، تعادل و برهم‌کنش مغناطیسی در قسمتی از حلقه به هم می‌خورد و حلقه در مدار مغناطیسی شروع به حرکت کردن کرد. این حرکت تا زمانی که نور روی نقطه متمرکز تابانده شود یا دمای ماده در همان حالت ثابت نگه داشته شود ادامه پیدا می‌کند. اگر نور قطع شود یا دما کاهش پیدا کند، موتور دورانی نیز متوقف خواهد شد. موتور کوری ساخته شده در اثر تابش و قطع آن، فرسوده نخواهد شد و این باعث می‌شود موتور بتواند برای مدت نامحدودی کار کند.

کامپوزیت

مواد بکار رفته به غیر از اکسید کروم در تولید کامپوزیت تحریک‌پذیر نوری، پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان (PDMS) است. این ماده با ویژگی ساختاری شفاف و الاستومتری در صنایع مختلفی کاربرد دارد که ابتدا آن را به لایه‌های نازک تبدیل و سپس با استفاده از دستگاه‌های مختلف شروع به حالت دادن به آن می‌کنند. حالت پذیری بالای ماده باعث می‌شود که به راحتی اشکالی همانند پرده نازک، ژل، نخ، بلوک و حتی اسفنج از این ماده تشکیل شود.

امنتو می‌گوید:

با افزودن مواد مختلف، الگوهای تابش و کنترل میدان مغناطیسی ما می‌توانیم به صورت تئوریکان، حرکت‌های مختلف و پیچیده‌ای همانند باز و بسته کردن، کنترل شیر جریان‌های میکرو، حرکت موتورهای میکرو و نانو و موارد مشابه بیشتر را انجام دهیم.

افراد زیادی در به ثمر رسیدن این تحقیق همکاری داشته‌اند که هر کدام از آن‌ها بخش‌های مختلفی را سازمان دهی کرده است. امید است که این نوآوری در سال‌های آینده راهگشای بسیاری از مشکلات نظیر نیاز به سوخت برای حرکت را رفع کند.