پهپادهای رباتیک جدید با استفاده از فلز مایع از یک وسیله نقلیه زمینی به هوایی تبدیل می شوند.
یک وسیله نقلیه خودمختار کوچک را تصور کنید که می تواند بر روی زمین حرکت کند، متوقف شود و خود را به یک کوادکوپتر تبدیل کند. روتورها (rotor){ یک قطعه متحرک از یک سیستم الکترومغناطیسی در موتور }شروع به چرخش می کنند و وسیله نقلیه به پرواز در می آید. زمانی که با نگاهی دقیق تر به این ساخته نگاه میشود، به نظرتان چه چیزی دیده می شود؟ چه مکانیسم هایی باعث شده است که از یک وسیله نقلیه زمینی به یک کوادکوپتر پرنده تبدیل شود؟ ممکن است چرخ دنده ها و تسمه ها را تصور کنید، شاید مجموعه ای از موتورهای سروو{ عملگر دورانی یا عملگر خطی است که امکان کنترل دقیق موقعیت زاویه ای یا خطی، سرعت و شتاب را فراهم می‌کند} کوچک که تمام قطعات خود را در جای خود قرار می دهند.
این مکانیسم توسط تیمی از ویرجینیا تک به رهبری مایکل بارتلت، استادیار مهندسی مکانیک طراحی شده است، و شما شاهد رویکرد جدیدی برای تغییر شکل در سطح مواد خواهید بود. این محققان از لاستیک، فلز و دما برای شکل دادن به مواد و ثابت کردن آنها در جای خود بدون موتور یا قرقره استفاده می کنند.
فرم گرفتن پیکر بندی
طبیعت سرشار از موجوداتی است که برای انجام عملکردهای مختلف شکل خود را تغییر می دهند. اختاپوس برای حرکت، خوردن و تعامل با محیط خود به طرز چشمگیری تغییر شکل می دهد. انسان برای تحمل بارها و حفظ شکل، ماهیچه ها را خم می کند. و گیاهان برای جذب نور خورشید در طول روز حرکت می کنند. چگونه می‌توانید ماده‌ای ایجاد کنید که به این عملکردها دست یابد تا انواع جدیدی از روبات‌های چند منظوره و شکل‌دهنده را فعال کند؟
بارتلت در این مورد میگوید: «زمانی که پروژه را شروع کردیم، ماده‌ای می‌خواستیم که بتواند سه کار را انجام دهد: تغییر شکل، حفظ آن شکل، و سپس بازگشت به پیکربندی اولیه، و انجام این کار در چرخه‌های متعدد. یکی از چالش‌ها، ایجاد ماده‌ای بود که به اندازه‌ای نرم باشد که شکل آن را به طور چشمگیری تغییر دهد، در عین حال به اندازه کافی سفت و سخت برای ایجاد ماشین‌های سازگاری که می‌توانند عملکردهای متفاوتی را انجام دهند، باشد.»
برای ایجاد ساختاری که قابل تغییر شکل باشد، تیم به کیریگامی، هنر ژاپنی ساختن اشکال از کاغذ با برش روی آوردند. (این روش با اوریگامی که از تا شدن استفاده می کند متفاوت است.) با مشاهده استحکام آن الگوهای کیریگامی در لاستیک ها و کامپوزیت ها، تیم توانست یک معماری مادی از یک الگوی هندسی تکراری ایجاد کند.
در مرحله بعد، آنها به ماده ای نیاز داشتند که شکل خود را حفظ کند اما اجازه دهد که آن شکل در صورت نیاز پاک شود. در اینجا آنها یک اسکلت درونی ساخته شده از آلیاژ با نقطه ذوب پایین (LMPA) که در داخل یک پوسته لاستیکی تعبیه شده بود، معرفی کردند. به طور معمول، زمانی که یک فلز بیش از حد کشیده شود، فلز برای همیشه خم می شود، ترک می خورد یا به شکلی ثابت و غیرقابل استفاده کشیده می شود. با این حال، با استفاده از این فلز ویژه که در لاستیک جاسازی شده است، محققان این مکانیسم شکست معمولی را به یک استحکام تبدیل کردند. هنگامی که این کامپوزیت کشیده میشود، اکنون شکل دلخواه را به سرعت حفظ می‌کند، که برای مواد شکل‌گیری نرم که می‌توانند فوراً باربر شوند، عالی است.
در نهایت، مواد باید ساختار را به شکل اولیه خود باز می گرداند. در اینجا، تیم بخاری‌های نرم و پیچک مانند را در کنار شبکه LMPA قرار دادند. بخاری ها باعث می شوند که فلز در دمای 60 درجه سانتیگراد (140 درجه فارنهایت) یا 10 درصد دمای ذوب آلومینیوم به مایع تبدیل شود. پوست الاستومری{ لاستیک و کشسان} فلز ذوب شده را در جای خود نگه می‌دارد و سپس مواد را به شکل اولیه بازمی‌گرداند و کشش را معکوس می‌کند و به کامپوزیت { متشکل از فلز و سایر قطعات} چیزی می‌دهد که محققان آن را «پلاستی برگشت‌پذیر» می‌نامند. پس از سرد شدن فلز، دوباره به حفظ شکل سازه کمک می کند.
این کامپوزیت هادارای یک اسکلت داخلی فلزی هستند که در یک لاستیک با گرمکن های نرم تعبیه شده است، جایی که برش های الهام گرفته از کیریگامی مجموعه ای از تیرهای فلزی را مشخص می کند. هوانگ گفت: این برش‌ها همراه با خواص منحصربه‌فرد مواد برای شکل‌گیری، تبدیل شدن سریع به شکل و سپس بازگشت به شکل اولیه بسیار مهم بودند.
محققان دریافتند که این طرح ترکیبی الهام گرفته از کیریگامی می‌تواند اشکال پیچیده، از استوانه‌ها گرفته تا توپ‌ها تا شکل ناهموار کف فلفل ایجاد کند. تغییر شکل نیز می تواند به سرعت به دست آید.( پس از ضربه با توپ، شکل تغییر کرده و در کمتر از 1/10 ثانیه در جای خود ثابت می شود. همچنین، اگر این ماده شکسته شود، می توان چندین بار با ذوب و اصلاح اسکلت فلزی آن را التیام بخشید.)
یک پهپاد برای زمین و هوا، یکی برای دریا
کاربردهای این فناوری تازه شروع به آشکار شدن کرده اند. با ترکیب این ماده با قدرت، کنترل و موتورهای داخل هواپیما، این تیم یک پهپاد کاربردی ساخت که به طور مستقل از یک وسیله نقلیه زمینی به هوایی تبدیل میشود. این تیم همچنین یک زیردریایی کوچک و قابل استقرار با استفاده از شکل‌گیری و بازگرداندن مواد برای بازیابی اشیاء از یک آکواریوم با خراشیدن شکم زیردریایی در امتداد پایین ایجاد کرد.
در مورد فرصت هایی که این مواد برای روبات های چند منظوره ارائه می دهد هیجان زده بسیار است. بارون گفت: این کامپوزیت ها به اندازه کافی قوی هستند که در برابر نیروهای موتور یا سیستم های پیشران مقاومت کنند، اما می توانند به راحتی شکل ظاهری را شکل دهند، که به ماشین ها اجازه می دهد با محیط خود سازگار شوند.
با نگاه به آینده، محققان تصور می کنند که کامپوزیت های شکل گیری، نقشی در زمینه نوظهور رباتیک نرم ایفا می کنند. ماشین‌هایی را که می‌توانند عملکردهای متنوعی را انجام دهند، پس از آسیب‌دیدگی برای افزایش انعطاف‌پذیری خود ترمیم شوند و ایده‌های متفاوتی را در رابط‌های انسان و ماشین و دستگاه‌های پوشیدنی تحریک کنند.
های فن تک از شما دعوت می کند نظرات خود را در مورد این مقاله به اشتراک بگذارید