ماده‌ای که مانند ملخ ۲۰۰ برابر ضخامت خود می‌پرد‌+ فیلم

به گزارش خبرنگار گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا، در یک کشف عجیب، مهندسان دانشگاه کلرادو بولدر (CU Boulder) ماده‌ای ساخته‌اند که پس از گرم شدن ابتدا تغییر شکل می‌دهد و سپس به هوا شلیک می‌کند. محققان می‌گویند روزی می‌توان از این ماده برای کمک به پرش یا بلند کردن اجسام در ربات‌های نرم استفاده کرد.

به عنوان بخشی از این مطالعه، محقق تایلر هبنردکترای مهندسی شیمی بیولوژیکی و همکارانش در حال بررسی روش‌های متفاوتی بودند که دسته‌ای از مواد موسوم به الاستومر‌های کریستال مایع در مواجهه با حرارت عمل می‌کنند.   این مواد نسخه جامد و الاستیک کریستال‌های مایعی هستند که در داخل نمایشگر‌ها مانند صفحه نمایش لپ‌تاپ یا تلویزیون استفاده می‌شوند و حتی ممکن است روزی در شیشه‌های جلو برای محافظت از خلبانان در برابر کور شدن موقت توسط نشانگر‌های لیزری استفاده شوند.

هبنر می‌گوید: «ما فقط شاهد نشستن الاستومر کریستال مایع روی صفحه داغ بودیم و از خود می‌پرسیدیم که چرا به شکلی که ما انتظار داشتیم نمی‌شود. ناگهان از در مرحله‌ای از آزمایش این ماده از روی میز پرید. هر دوی ما گیج، اما هیجان زده به هم نگاه می‌کردیم.»

تحقیقات بیشتر با همکاران موسسه فناوری کالیفرنیا نشان داد که علت این رفتار جهشی به دلیل این واقعیت است که الاستومر کریستال مایع که تقریباً به اندازه یک لنز تماسی بود از سه لایه تشکیل شده است. هنگامی که این ماده گرم می‌شود، دو لایه بالایی سریعتر از لایه زیرین منقبض می‌شوند و باعث می‌شود که شکل مخروطی به خود بگیرد. در نهایت به دلیل ایجاد کشش، مخروط معکوس می‌شود و به سطحی که روی آن گرم می‌شود برخورد می‌کند و به هوا می‌چسبد. در این آزمایش، محققان دریافتند که تنها در شش میلی‌ثانیه، این فیلم الاستومری می‌تواند تقریباً ۲۰۰ برابر ضخامت خود افزایش یابد.

تیموتی وایت، یکی از نویسندگان این مطالعه، می‌گوید: «وقتی این وارونگی اتفاق می‌افتد، ماده از بین می‌رود و درست مانند اسباب‌بازی پاپر بچه‌ها، از سطح می‌پرد». در این راستا، تحقیقاتی که در دانشگاه هاروارد در سال ۲۰۲۰ انجام شد، نشان می‌دهد که الهام ازیک اسباب‌بازی پاپر ممکن است روزی به ربات‌های نرم کمک کند تا از زمین‌های سخت عبور کنند.

محققان عملکرد این ماده را با روشی که ملخ‌ها به نمایش‌های چشمگیر جهش خود دست می‌یابند مقایسه می‌کنند و معتقدند که آن نیز می‌تواند جایگاهی در توسعه ربات‌های نرم داشته باشد - ماشین‌هایی که بدون فلز یا مواد سخت دیگر مانند ماشین‌هایی که راه می‌روند کار می‌کنند. به همان سرعتی که انسان‌ها از نور و میدان‌های مغناطیسی استفاده می‌کنند.

وایت می‌گوید: «در طبیعت، سازگاری‌های زیادی وجود دارد، مانند پای ملخ که از انرژی ذخیره شده مثل ناپایداری الاستیک استفاده می‌کنند ما در حال تلاش برای ایجاد مواد مصنوعی هستیم که از آن خواص طبیعی تقلید کنند.»

به عنوان بخشی از کشف ساختار فیلم‌های مورد استفاده، تیم تحقیقاتی دریافتند که برخی از مواد را می‌توان به جای گرم کردن  با سرد کردن  پرش داد. آن‌ها همچنین می‌گویند که با اضافه کردن پا‌ها به این مواد، مواد می‌توانند کنترل جهت را به دست آورند. محققان اعلام می‌کنند که این ماده ممکن است به منبع اصلی حرکت در ربات‌های نرم تبدیل نشود، آن‌ها احساس می‌کنند که این کشف به افزایش دانش در مورد نحوه عملکرد بهتر این ماشین‌های نوآورانه کمک می‌کند.

هبنر می‌گوید: «این آزمایش نمونه‌ای قدرتمند از این است که چگونه مفاهیم بنیادی مورد مطالعه ما می‌توانند به روش‌های پیچیده و شگفت‌انگیز تبدیل شوند».

این تحقیق اخیرا در مجله «Science Advances» منتشر شده است. در ویدیوی زیر می‌توانید عملکرد این مواد را مشاهده کنید: