خب بچه‌ها، بذارین براتون یه داستان جالب از دنیای مواد و ربات‌ها تعریف کنم که واقعاً قراره همه‌چی رو عوض کنه. 🤩 یه تیم خفن از دانشگاه علوم و تکنولوژی هنگ‌کنگ (HKUST) اومدن و یک سری مواد نرم طراحی کردن که نه تنها میشه برنامشون کرد، بلکه به طور عجیب و غریبی نسبت به جهت نیرو رفتار متفاوتی نشون میدن! یعنی مثلاً اگه از یه طرف فشارشون بدی، یه جور رفتار دارن و اگه از یه طرف دیگه هل بدی، کلاً یه چیز دیگه میشن!
حالا این قضیه “مواد نرم” چیه؟ ببین، مواد نرم مثل اونایی‌ان که به جای این که سفت و شکننده باشن، انعطاف دارن و با دستکاری میشه عملکردشون رو تغییر داد. مهم‌تر از همه، این تازه کشف شده‌ها می‌تونن پیچ بخورن، سفت بشن یا حتی شُل بمونن، فقط بستگی به این داره که چطوری باهاشون رفتار کنید.
داستان جالب اینه که این تیم تونسته چیزی به اسم «shear-jamming transitions» رو بیاره تو این مواد. این اصطلاح یعنی زمانی که ماده در برابر نیروهای جانبی (نه مستقیم) به شکل بسیار زیادی سفت میشه. انگار داری خمیر بازی رو هی فشار میدی، یکهو سفت میشه ولی در حالت عادی خیلی انعطاف‌پذیره!
قبل از این، متاموادها (metamaterials یعنی موادی که خاصیت‌های عجیبی دارن و ساختارشون با مواد معمولی فرق می‌کنه) معمولاً سفت بودن و سریع هم می‌شکستن. ولی این مواد جدید واقعاً مقاومن و حتی اگه بخوای بزنی بشکنیش، خیلی سخت میشه. تازه میشه برنامه‌ریزشون هم کرد که دقیقاً چه موقع و از چه طرفی سفت یا شل بشن!
یکی از بحث‌های باحال این کار اینه که “هوش جهت‌دار” به مواد اضافه میشه. یعنی وقتی توی رباتیک نرم یا دستگاه‌هایی که بافت مصنوعی دارن کار می‌کنن، این مواد می‌تونن نسبت به فشار از هر جهت، واکنش متفاوت نشون بدن. قبل‌تر طراح‌ها مجبور بودن ساختارهای پیچیده درست کنن که خیلی زود خراب می‌شدن و عمرشون کم بود. اما حالا با همین یه ماده نرم و چندتا تنظیم ساده، میشه همه این کارا رو کرد و هزار بار هم بزنی زمین، باز سالم می‌مونه!
داستان جالب‌تر این که این مواد نرم رو میشه با پروفایل مغناطیسی متغیر ترکیب کرد. یعنی با اضافه کردن آهنربا تو بخش‌های مختلف ماده، میشه بهش دستور داد کِی و کجا حرکت کنه! یه چیزی مثل ربات‌های الهام گرفته از طبیعت که می‌تونن برن جاهایی که ربات‌های معمولی به خاطر بزرگیشون یا سفتی‌شون گیر می‌کنن و نمی‌تونن تکون بخورن.
از اینا بهتر، این مواد جدید حتی می‌تونن به عنوان شیر کنترل جریان تو سیستم‌های میکروسیال استفاده بشن. (میکروسیال یعنی سیستم‌هایی که توش مایعات تو مسیرهای خیلی ریز و باریک حرکت می‌کنن، مثلاً برای پمپ‌های نرم یا ابزار پزشکی هوشمند). خیلی آینده‌نگرانه است دیگه!
نکته خفن این کشف اینه که ترکیبی از فیزیک دانه‌ای (granular physics یعنی بررسی رفتار ذرات و مواد ریزدانه، مثل شن و پودر) و علم پلیمر (polymer science یعنی مطالعه مواد پلاستیکی و قابل انعطاف) رو آورده وسط. یعنی اومدن دو تا علم رو قاطی کردن تا نسل جدیدی از مواد نرم بسازن که هم خوش‌برخوردن، هم می‌تونن هوشمندانه واکنش نشون بدن، و دیگه صرفاً نیازمند مدار و الکترونیک نیستن.
خلاصه تیم دانشگاه HKUST اینقدر شاخ کار کرده که راه رو باز کرده برای طراحی مواد نرم کم‌مصرف و هوشمند که می‌تونن خودشون رو با محیط تنظیم و سازگار کنن. واقعاً این مواد می‌تونن پایه ربات‌های آینده و ابزارهای عجیب و غریب باشن که شکل عوض می‌کنن و با دنیای اطرافشون تعامل هوشمند دارن.
جنبش این پروژه از بخش فیزیک و مهندسی مکانیک و هوافضا دانشگاه HKUST شروع شده و اولین نویسنده مقاله (XU Chang) دانشجوی دکترا بوده. پشت کارشون هم شورای پژوهش هنگ‌کنگ و گرنت فناوری رباتیک دریایی HKUST رو حمایت کردن. جالب‌تر، نتایجشون تو ژورنال معروف Nature Materials منتشر شده.
خلاصه اگر می‌خواین بدونین ربات‌های آینده چطور می‌خوان شبیه موجودات زنده حرکت کنن و مثل خط‌کش شکننده نباشن، این داستان دقیقاً نقطه شروعشه!
منبع: +
