اندی کوربلی -29 ژانویه 2025-اعتبار: پروفسور Daraio Chiara / Caltech
از اعماق بخش مهندسی در مؤسسه فنی کالیفرنیا یک مورد بزرگ به دست می آید: دسته جدیدی از ماده.
اگرچه دانشمندان آموزش دیده اند که این گونه نباشند، شاید کیارا دارائو، مدیر آزمایشگاه، وقتی این ماده جدید را چنین توصیف می کند . اما او و گروهی که آن را اختراع کرده اند، ادعا می کنند که هم به صورت جامد و هم به صورت دانه عمل می کند.به این مواد، مواد معماری چند لایه یا PAM می گویند و زمانی که فشرده می شوند، مانند شبکه کریستالی سخت در یک جامد عمل می کنند، اما هنگامی که تحت نیروی محض یا نیروی جانبی قرار می گیرند، مانند مایع نیوتنی یا به طور خاص تر رفتار می کنند. مانند یک دانه – مانند ماسه یا برنج – به سادگی ساختار خود را سازماندهی می کند تا حرکت را تطبیق دهد.
کمی شبیه قفل خودکار روی کمربند ایمنی، تنها زمانی که نیروی فشاری به طور کامل به پایان برسد، PAM ها به حالت دانه ای یا مایع خود باز می گردند.
دارائو به Caltech Press گفت: «همه ما وقتی به مواد جامد و مواد دانه‌ای فکر می‌کنیم، تمایز واضحی در ذهن داریم. مواد جامد اغلب به عنوان شبکه های کریستالی توصیف می شوند. این همان چیزی است که در مدل‌های کلاسیک توپ و چوب ساختارهای کریستالی اتمی، شیمیایی یا بزرگ‌تر می‌بینید.»
این مواد هستند که درک متعارف ما از ماده جامد را شکل داده اند. دسته دیگر مواد دانه ای هستند، همانطور که در موادی مانند برنج، آرد یا قهوه آسیاب شده می بینیم. این مواد از ذرات مجزا تشکیل شده‌اند که آزادانه حرکت می‌کنند و نسبت به یکدیگر می‌لغزند.
PAM ها، ذرات منفرد همانطور که در ساختارهای کریستالی هستند به هم متصل می شوند، و با این حال، چون این ذرات آزادانه نسبت به یکدیگر حرکت می کنند، جریان می یابند، روی هم می لغزند، و موقعیت نسبی مثل دانه های شن خود را تغییر می دهند.
در سطح بسیار فنی، تیم طراحی خود از مدل‌سازی کامپیوتری برای تقلید از نحوه تشکیل ساختار شبکه‌ای در یک جامد استفاده کردند، در حالی که ذرات ثابت در سطح اتصالات را با ذرات متصل که امکان حرکت دینامیکی و قابلیت تعویض بین عناصر در تعداد بی نهایتی از پیکربندی های ممکنمی کنند جایگزین کردند.
چیزی در این اختراع وجود دارد که یادآور پست های زنجیره ای قرون وسطی است، که برای جلوگیری از نیروی برشی تیغه ها با سختی طراحی شده بود و انرژی دریافتی مانند آب را جذب و پخش می کند.
PAM ها پس از آزمایش با مواد مختلف، از پلیمر اکریلیک گرفته تا فلز، در آزمایشگاه Daraio با استفاده از چاپ سه بعدی زنده شدند.
ما با فشرده سازی شروع کردیم و هر بار اجسام را کمی سخت تر فشرده می کردیم. ونجی ژو، محقق فوق دکترا در آزمایشگاه Daraio توضیح داد: سپس یک برش ساده، یک نیروی جانبی، مانند آنچه که اگر می‌خواهید مواد را از هم جدا کنید، اعمال می‌کنید، امتحان کردیم.در نهایت، آزمایش‌های رئولوژی را انجام دادیم و دیدیم که چگونه مواد به پیچش واکنش نشان می‌دهند، ابتدا به آرامی و سپس سریع‌تر و قوی‌تر.»
خود دارائو آنها را واقعاً “دسته جدیدی از ماده” توصیف کرد و گفت که آنها می توانند به شکل مواد ترش یا مواد فلزی بر حسب مورد به خود بگیرند.
از نظر کاربردها، پتانسیل بسیار زیاد است، اما رباتیک نرم، فناوری زیست پزشکی، و انواع تجهیزات و تجهیزات محافظ، عایق به عنوان زمینه ها و محصولات آشکار برای PAM ها ظاهر می شوند.
