این مجسمه کوچک لگو-مانند به لطفِ یک کامپوزیت جدید از گالیوم و ذرات مغناطیسی که در حضور میدان مغناطیسیِ متغیر مایع شده و تحت هدایت یک آهن ربای دائمی حرکت میکند، از زندانی مشابه با ترمیناتور 2 فرار کرد.

روباتهای ساخته شده از فلز مایع با قابلیت تغییر شکل، دیگر به داستان علمی تخیلی محدود نمی شوند.

پژوهشگران در مجله Matter منتشر شده در 25 ژانویه گزارش کرده اند که ماشینهای مینیاتوری می توانند از جامد به مایع و برعکس تغییر فاز داده تا در فضاهای تنگ و فشرده جا شوند و کارهایی مانند لحیم کاری یک صفحه مدار را انجام دهند.

این ویژگی تغییر فاز که می تواند از راه دور با یک میدان مغناطیسی کنترل شود، به لطفِ فلز گالیوم است. پژوهشگران، ذرات مغناطیسی را در این فلز جایگذاری کردند تا حرکات فلز را با آهن رباها هدایت کنند. این ماده جدید توانست به دانشمندان کمک کند تا رباتهای نرم و انعطاف پذیری را توسعه دهند که می توانند از میان راه های باریک پیچ و تاب بخورند و از بیرون هدایت شوند.

دانشمندان، سالهای متمادی در حال توسعه رباتهای نرم کنترل شده با روش مغناطیسی بوده اند. اغلب مواد موجود برای این رباتها، یا ساخته شده از مواد کشسان و در عین حال جامد هستند که نمی توانند از میان باریک ترین فضاها عبور کنند یا مایعات مغناطیسی ای هستند که با وجود سیال بودن قادر به انتقال اجسام سنگین نیستند.

در این پژوهش جدید، پژوهشگران با الهام از طبیعت هر دو روش را ترکیب کردند. مهندس مکانیک، کارمِل مجیدی Carmel Majidi از دانشگاه کارنِگی ملون در پیتسبورگ می گوید: "برای مثال خیارهای دریایی می توانند به سرعت و به طور برگشت پذیری سفتی خود را تغییر دهند. چالش ما به عنوان مهندسین، شبیه سازی آن در سیستم های مواد نرم است."

بنابراین، گروه توجه خود را به گالیوم معطوف کرد، فلزی که در دمای حدود 30 درجه سلسیوس ذوب می شود، یعنی اندکی بالاتر از دمای اتاق. به جای اتصال یک گرم کن به قطعه فلز به منظور تغییر حالت آن، پژوهشگران آن را در معرض یک میدان مغناطیسی به سرعت متغیر قرار دادند تا مایع شود. میدان مغناطیسی متناوب در گالیوم الکتریسیته تولید کرده، موجب می شود که کم کم گرم و ذوب شود. وقتی که بگذاریم این ماده تا رسیدن به دمای اتاق سرد شود، مجددا به جامد تبدیل می گردد.

از آنجایی که ذرات مغناطیسی در سراسر گالیوم پاشیده می شوند، یک آهنربای دائمی می تواند آن را به اطراف بکشاند. در حالت جامد، آهنربا می تواند مواد را با سرعتی در حدود 1.5 متر در ثانیه حرکت دهد. گالیوم ارتقا یافته همچنین میتواند حدود 10000 برابر وزن خود را حمل کند.

آهنرباهای خارجی می توانند شکل مایع را دستکاری کنند، آن را کشسان، دو پاره و ترکیب کنند. اما کنترل کردن حرکت سیال، چالش برانگیزتر است. چون ذرات در گالیوم می توانند آزادانه بچرخند و در نتیجه ی ذوب شدن قطب های مغناطیسی ناهسو داشته باشند. به دلیل جهت گیری های متفاوت آنها، ذرات در واکنش به یک آهن ربا، در مسیرهای مختلف حرکت می کنند.

مجیدی و همکارانش، راهکار خود را در ماشین های بسیار کوچک که کارهای مختلفی انجام می دادند، امتحان کردند. در یک نمایش برگرفته از فیلم ترمیناتور 2، یک آدمک اسباب بازی با ذوب شدن میان نرده ها و مجددا سفت شدن به همان شکل اصلی خود با استفاده از یک قالب واقع در خارج از نرده ها، از سلول زندان فرار می کرد.

در جنبه ای عملی تر، یک ماشین، با اندکی ذوب شدن به منظور پیچیدن خودش اطراف یک جسم خارجی در بدن، توپی کوچک را از شکم یک ماکت انسانی بیرون آورد. اما گالیوم به خودی خود در بدن یک شخص واقعی به ماده چسبناکی تبدیل می شود چون این فلز در دمای بدن، حدود 37 درجه سلسیوس، مایع است. نویسندگان می گویند چند مورد دیگر از فلزات، مثل بیسموت و روی، می توانند به گالیوم در کاربردهای زیست پزشکی افزوده شوند تا نقطه ذوب این ماده را افزایش دهند. در نمایشی دیگر، این ماده مایع شده و مجددا تبدیل به جامد میشود تا یک برد مدار را لحیم کاری کند.

امیر جعفری Amir Jafari از دانشگاه تگزاس شمالی در دنتون که در این پژوهش سهیم نبوده، می گوید یک چالش بزرگ دقیقا کنترل کردن نیروهای مغناطیسی داخل بدن انسان است که از یک دستگاه خارجی تولید می شوند.

نیکولاس بیرا Nicholas Bira مهندس رباتیک از دانشگاه هاروارد که او نیز در این پژوهش سهیم نبوده، می گوید: "این یک ابزار متقاعد کننده است". او می افزاید دانشمندانی که در زمینه رباتیک نرم مطالعه می کنند دائما در حال تولید مواد جدید هستند.

"نوآوری واقعی، در ترکیب کردن این مواد نوآورانه مختلف خواهد بود."

منبع:

These shape-shifting devices melt and re-form thanks to magnetic fields

ترجمه خبر: بهناز ساربانها