محققان با اعمال مکرر لایه‌های پلیمر سفت شونده روی سطح، شکل های لاستیکی استالاکتیت مانندی را ایجاد کرده‌اند که می‌تواند در رباتیک نرم مفید باشد.

اگر تا به حال یک سقف را نقاشی کرده و شاهد قطرات رنگ که روی سرتان می‌چکد بوده‎ باشید، می‌توانید بی ثباتی ریلی-تیلور را مقصر این اتفاق بدانید. این اثر زمانی رخ می‌دهد که نیروی گرانش به سمت پایین بر کشش سطحی لایه رنگ غلبه کند و باعث تشکیل قطرات شود. اکنون محققان این رفتار را با استفاده از یک پلیمر مایع که طی حدودا ده دقیقه جامد می‌شود، بررسی کرده‌اند. هنگامی که پلیمرهای در حال چکه به طور مکرر بر روی یک سطح وارونه اعمال می‌شود، به ساختارهای شبیه به استالاکتیت (ستونی از مواد معدنی که به صورت قندیلی از سقف غار آویخته است) تبدیل می‌شود که گروه نام آن‌ها را "انعطاف پذیر flexicle " گذاشته است [1]. با توجه به طول‌های مختلف و خواص خمشی آن‌ها، انعطاف پذیرها ممکن است به عنوان یک حسگر نیرو در کاربردهای نرم رباتیک عمل کنند.

فیلم فرآیند تولید انعطاف پذیر

پیر توماس برون Pierre-Thomas Brun و همکارانش از دانشگاه پرینستون به طور تصادفی در حین مطالعه شکل‌گیری الگو در مواد نرم، این انعطاف پذیر‌ها را کشف کردند. آن‌ها ابتدا با تک لایه های پلیمر شروع کردند و قطرات سخت شده را مشاهده کردند که به طور طبیعی روی سطح تشکیل می‌شدند [2]. برون می‌گوید: «ما بلافاصله متوجه شباهت آن‌ها با قندیل های یخ‌ و استالاکتیت‌ها شدیم و به دنبال توجیه فیزیک پدیده بودیم. این گروه اکنون کشف کرده‌اند که وقتی چند لایه پلیمر، با زمان کافی برای سخت شدن بین لایه‌ها، اضافه می‌شود چه اتفاقی می‌افتد. آن‌ها دریافتند که پلیمر به طور ترجیحی به نوک انعطاف پذیر‌های از قبل تشکیل شده کشیده می شود و باعث می‌شود که آنها به ازای هر لایه اضافه شده، حدود 1 میلی متر بلندتر شوند.

نتیجه، یک الگوی پیچیده از زائده های لاستیکی بلند و با طول‌های متغیر است. برون و همکارانش تصور می‌کنند که از انعطاف پذیرها بشود در حسگر نیرو استفاده کرد. ایده این است که یک سطح را با مواد منعطف بپوشانیم و اندازه گیری کنیم که چه تعداد از آنها در اثر فشار وارد به سطح از طرف جسم، خم شده یا تغییر شکل داده‌اند. برون می‌گوید، چنین حسگری می تواند در رباتیک نرم که بدون قطعات الکترونیکی سخت کار می‌کند، مفید باشد.

1. B. Venkateswaran et al., “Stacked Rayleigh-Taylor instabilities grow drops into soft stalactitelike structures,” Phys. Rev. Lett. 133, 198201 (2024).
2. J. Marthelot et al., “Designing soft materials with interfacial instabilities in liquid films,” Nat. Commun. 9, 4477 (2018).

منبع: