مواد با قابلیت تغییر ابعاد، حجم و شکل !!!

Foldable material can change size, volume and shape

مواد با قابلیت تغییر ابعاد، حجم و شکل !!!

[box type=”shadow” align=”alignright” ] خانه‌ای را تصور کنید که در یک کیف جا می‌گیرد و یا دیواری که می‌تواند با یک سوئیچ تبدیل به پنجره شود. نوع جدیدی از مواد انعطاف پذیر طراحی شده‌اند که قادر به تغییر ابعاد، حجم و شکل خود هستند به گونه‌ای که می‌توانند به صورت کامل خم شده و در برابر وزن یک فیل مقاومت کنند بدون اینکه شکسته شوند و سپس، به منظور انجام وظایف بعدی، به شکل اولیه خود باز گردند.  [/box]

[box type=”success” width=”1024″ ] ترجمه از گروه ترجمه ایران مواد

حرفه ای ترین تیم ترجمه مهندسی مواد کشور

www.iran-mavad.com/trans

[/box]

محققان موفق شدند موادی سه‌بعدی را طراحی کنند که قابلیت تنظیم و راه اندازی خود را دارند.

نوع جدیدی از مواد انعطاف پذیر طراحی شده‌اند که قابلیت انجام چندین عملکرد، تنظیم شدن و خود راه اندازی دارند. این مواد قادر به تغییر ابعاد، حجم و شکل خود هستند به گونه‌ای که می‌توانند به صورت کامل خم شده و در برابر وزن یک فیل مقاومت کنند بدون اینکه شکسته شوند و سپس، به منظور انجام وظایف بعدی، به شکل اولیه خود باز گردند.

 محققان دانشگاه هاروارد نوع جدیدی از مواد انعطاف‌پذیر را طراحی کرده‌اند که که قابلیت انجام چندین عملکرد، تنظیم شدن و خود راه اندازی دارند. در اینجا یک سلول، در پاسخ به تحریک اعمالی، خم شده است.

خانه‌ای را تصور کنید که در یک کیف جا می‌گیرد و یا دیواری که می‌تواند با یک سوئیچ تبدیل به پنجره شود.

محققان دانشگاه هاروارد نوع جدیدی از مواد انعطاف پذیر را طراحی کرده‌اند که قابلیت انجام چندین عملکرد، تنظیم شدن و خود راه اندازی دارند. این مواد قادر به تغییر ابعاد، حجم و شکل خود هستند به گونه‌ای که می‌توانند به صورت هموار در بیایند و در برابر وزن یک فیل مقاومت کنند بدون اینکه شکسته شوند و سپس، به منظور انجام کارها و وظایف بعدی، به شکل اولیه خود باز گردند.

این تحقیق توسط Katia Bertoldi و John L. Loeb استادیار دانشکده مهندسی و علوم کاربردی John A. Paulson، محقق ارشد دانشگاه هاروارد و Chuck Hoberman عضو کالج طراحی انجام شد. یکی از دانشجویانی که در این آزمایشگاه کار می‌کند و اولین نویسنده این مقاله،Bertoldi، اظهار داشته است که این گروه تحقیقاتی موفق شده‌است ساختاری سه‌بعدی با دیواره نازک طراحی کند که می‌توان از آن‌ها به منظور تولید ساختارهای دلخواه استفاده کرد به طوری که تغییر ابعاد، حجم و سختی آن‌ها به صورت پیوسته قابل کنترل و تنظیم است.

این ساختارها از تکنیک اریگامی که اسنپولوژی نامیده می‌شود الهام گرفته شده‌است و از مکعب‌های اکسترود شده دارای 24 وجه و 36 لبه ساخته شده‌اند. مشابه اریگامی، مکعب می‌تواند در راستای لبه آن خم شود و شکل خود را تغییر دهد. این گروه تحقیقاتی هم به صورت تئوری و هم تجربی نشان دادند که این ساختار مکعبی می‌تواند با خم کردن برخی از لبه‌ها که به عنوان لولا عمل می‌کنند، به اشکال متفاوتی تغییر شکل دهد. محققان این گروه، محرک‌های پنوماتیکی داخل این ساختارها قرار دادند که می‌توان به آن‌ها به گونه‌ای برنامه داد که لولاهای معینی تغییر شکل دهند و شکل و ابعاد این ساختارها را تغییر دهند و نیازی به اعمال نیروی خارجی نباشد.

آن‌ها 64 عدد از این مکعب‌ها را به یکدیگر متصل کردند و سلول‌های 4*4*4 ساختند که می‌توانند رشد کنند، منقبض شوند، شکل خود را به کلی تغییر دهند، جهت‌گیری ریزساختار خود را تغییر دهند و کاملا خم شوند. با تغییر شکل این ساختارها، سختی آن‌ها نیز تغییر می‌کند و بدین وسیله می‌توان با یک طراحی مشابه از یک ماده، ساختاری انعطاف‌پذیر و یا در نقطه مقابل آن بسیار صلب ساخت. این تغییرات در خواص ماده، بعد چهارمی به ماده اضافه می‌کند. Bertoldi اظهار داشته است که “ما نه تنها درک کرده‌ایم که این مواد چگونه تغییر شکل می‌دهند بلکه می‌توانیم این روند را به منظور دستیابی به شکل مورد نظرمان کنترل کنیم”. در این مواد می‌توان هر نوع محرک شامل حرارتی، دی‌الکتریک و حتی آب تعبیه کرد. Weaver نیز اشاره کرد که “انتقال تمامی سیستم‌های کنترل به همراه سیستم‌های محرک جدید ساختارهای شبه اریگامی روی یک برد، زمینه طراحی این ساختارهای قابل تغییر شکل که به راحتی گسترش می‌یابند را فراهم آورده است”.

بر اساس اظهارات Hoberman این ساختارها را می‌توان در سازه‌های دینامیک مانند پناهگاه‌های قابل حمل، نماهای سازگار ساختمانی و سقف‌های جمع‌شو، به کار برد. از آنجایی‌که دستیابی به این کاربردها وابسته به یک مکانیک استاندارد است، این تکنولوژی مزایای منحصر به فردی مانند چگونگی اجتماع سطح و ساختار، ماهیت تولید آسان این مواد و قابلیت خم‌شدن کامل آن ارائه می‌دهد.

این تحقیق به نوع جدیدی از مواد قابل انعطاف می‌پردازد که تقریبا قابلیت افزایش مقیاس را دارا هستند. Overvelde به این نکته اشاره کرده است که “این روش برای مواد در محدوده نانومتری تا چندین متر کارایی دارد و طیف کاربردی وسیعی از استنت‌های جراحی تا سقف‌های گنبدی قابل حمل به منظور کاهش صدمات را شامل می‌شود”.

[box type=”info” align=”alignright” width=”1124″ ]منبع : sciencedaily.com

ترجمه : یاسمین نیک نفس [/box]

[divider]

Foldable material can change

size, volume and shape

Imagine a house that could fit in a backpack or a wall that could become a window with the flick of a switch.

Harvard researchers have designed a new type of foldable material that is versatile, tunable and self actuated. It can change size, volume and shape; it can fold flat to withstand the weight of an elephant without breaking, and pop right back up to prepare for the next task.

The research was lead by Katia Bertoldi, the John L. Loeb Associate Professor of the Natural Sciences at the John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), James Weaver, Senior Research Scientist at the Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University and Chuck Hoberman, of the Graduate School of Design. It is described in Nature Communications.

“We’ve designed a three-dimensional, thin-walled structure that can be used to make foldable and reprogrammable objects of arbitrary architecture, whose shape, volume and stiffness can be dramatically altered and continuously tuned and controlled,” said Johannes T. B. Overvelde, graduate student in Bertoldi’s lab and first author of the paper.

The structure is inspired by an origami technique called snapology, and is made from extruded cubes with 24 faces and 36 edges. Like origami, the cube can be folded along its edges to change shape. The team demonstrated, both theoretically and experimentally, that the cube can be deformed into many different shapes by folding certain edges, which act like hinges. The team embedded pneumatic actuators into the structure, which can be programmed to deform specific hinges, changing the cube’s shape and size, and removing the need for external input.

The team connected 64 of these individual cells to create a 4x4x4 cube that can grow, and shrink, change its shape globally, change the orientation of its microstructure and fold completely flat. As the structure changes shape, it also changes stiffness — meaning one could make a material that’s very pliable or very stiff using the same design. These actuated changes in material properties adds a fourth dimension to the material.

“We not only understand how the material deforms, but also have an actuation approach that harnesses this understanding,” said Bertoldi. “We know exactly what we need to actuate in order to get the shape we want.”

The material can be embedded with any kind of actuator, including thermal, dielectric or even water.

“The opportunities to move all of the control systems onboard combined with new actuation systems already being developed for similar origami-like structures really opens up the design space for these easily deployable transformable structures,” said Weaver.

“This structural system has fascinating implications for dynamic architecture including portable shelters, adaptive building facades and retractable roofs,” said Hoberman. “Whereas current approaches to these applications rely on standard mechanics, this technology offers unique advantages such as how it integrates surface and structure, its inherent simplicity of manufacture, and its ability to fold flat.”

“This research demonstrates a new class of foldable materials that is also completely scalable,” Overvelde said, ” It works from the nanoscale to the meter-scale and could be used to make anything from surgical stents to portable pop-up domes for disaster relief.”