محققان در هلند ساختارهای مکانیکی ایجاد کردهاند که به طرز عجیبی کوچک میشوند (یا به طور دقیقتر، به سمت داخل میشکنند) به جای اینکه هنگام کشش به سمت بیرون کشیده شوند.
به نظر غیرممکن میرسد، اما در واقع به ایدههای طراحی بدیع تیم موسسه تحقیقات فیزیک هلند AMOLF بستگی دارد که هندسه و مکانیک را با هم ترکیب میکنند تا این رفتار غیرمنتظره را نشان دهند، با پتانسیل غلبه بر ناپایداریهای نامطلوب.
باس اوورولده، محقق اصلی گروه ماده رباتیک نرم، گفت: “این نوع جدید رفتار (که ما آن را “همتنیدگی متقابل” مینامیم) قبلاً هرگز در آزمایشها دیده نشده است. این میتواند نحوه طراحی همه چیز را از دستگاههای رباتیک پزشکی گرفته تا ساختمانهای مقاوم در برابر زلزله متحول کند.”
خیلی جالب است، نه؟ این رفتار همتنیدگی متقابل، که اواسط سال در مجله PNAS مستند شده است، از طریق طراحی و مونتاژ ساختارهای مکانیکی خاصی که از غیرخطیهای هندسی بهره میبرند، تحقق مییابد. اصل اصلی ایجاد سیستمی است که یک رابطه خود متقاطع نیرو-جابجایی را نشان میدهد، جایی که انقباض ناگهانی تحت کشش فزاینده رخ میدهد، یا افزایش ناگهانی نیروی کششی تحت کشش فزاینده اتفاق میافتد.
با ترکیب سه نوع مختلف از بلوکهای سازنده غیرخطی – که هر کدام رفتارهای نیرو-کشش خاصی را نشان میدهند. در یک چیدمان شبکهای، تیم توانست یک سیستم ضدانفجار ایجاد کند. در مثال بالا، قطعات به صورت سهبعدی چاپ شدهاند.
این عناصر ضدانفجار با هم، مجموعهای از خواص مکانیکی جالب را آشکار میکنند:
- حرکت چسبندگی-لغزش یکطرفه: برخلاف حرکت ضربهای معمولی که باعث حرکت در جهتهای مخالف تحت بارگذاری چرخهای میشود، حرکت ضدانفجار حرکت در همان جهت را امکانپذیر میکند و امکان حرکت افزایشی را فراهم میکند که به طور مداوم در یک جهت حرکت میکند.
- سختی قابل تغییر: سازه میتواند در یک نقطه خاص که دارای کشش و نیروی اعمال شده یکسانی است، بین سطوح مختلف سختی تغییر کند. این بدان معناست که میتوانید میزان مقاومت آن در برابر تغییر شکل را بدون تغییر اندازه فعلی یا باری که حمل میکند، تغییر دهید.
- اجتناب از رزونانس غیرفعال: از آنجا که سختی را میتوان بدون تغییر حالت تعادل تغییر داد، میتوان از ضدانفجار برای تغییر خودکار فرکانس ارتعاش طبیعی یک سیستم استفاده کرد. این میتواند به محافظت از سیستم در برابر ارتعاشات بیش از حد در فرکانسهای خاص کمک کند.
- تغییر متوالی سختی: وقتی چندین عنصر ضد چفت شدن به صورت پهلو به پهلو (به صورت موازی) به هم متصل میشوند، سختی آنها میتواند یکی پس از دیگری تغییر کند.
- تغییر لحظهای جمعی: وقتی چندین عنصر ضد چفت شدن به صورت انتها به انتها (به صورت سری) به هم متصل میشوند، میتوانند حالت خود را به طور همزمان تغییر دهند، مانند یک بهمن.
محققان معتقدند که ضربه متقابل میتواند در تجهیزات حفاظتی و پروتزهایی که میتوانند برای پشتیبانی از انعطافپذیری به سفتی تغییر کنند (شبیه تجهیزات ایمنی موتورسیکلت) و کاربردهای کاهش ارتعاش در ساختمانها و هواپیماها مفید باشد. آنها همچنین میتوانند رباتهای پزشکی نرم را قادر سازند تا با حرکت به جلو بدون لغزش به عقب، با خیال راحت در بدن حرکت کنند.