شبیه‌سازی ربات‌های علمی تخیلی با نوعی ساختار شبکه‌ای فلز مایع

دانشمندان دانشگاه نیویورک آمریکا به تازگی نوعی ساختار شبکه‌ای فلز مایع را تولید کرده‌اند که پس از تغییر شکل‌های گوناگون می‌تواند به حالت اولیه برگشته و بخشی از جزئیات فیلم‌های علمی تخیلی را در دنیای واقعی به وجود آورد.

ساختار فلز مایع طراحی شده توسط محققان دانشگاه نیویورک آمریکا به گونه‌ای است که در صورت له شدن و یا تغییر شکل در اثر حرارت، مجددا به حالت اولیه برمی‌گردد. این ویژگی که بسیاری را یاد فیلم‌های ترمیناتور و ربات‌های قاتل دنیای علمی تخیلی می‌اندازد، در نوع خود منحصر به فرد بوده و استفاده‌های شگفت‌انگیزی برای آن در نظر گرفته شده است.

برای این کار محققان دانشگاه نیویورک از آلیاژی ترکیبی که با عناصر بیسموت، ایندیم و قلع ساخته شده بود، برای پوشاندن یک شبکه الاستیک از فلز مایع استفاده کردند که می‌تواند با اعمال حرارت شکل خود را تغییر داده و پس از مدتی، مجددا با قرارگیری در معرض دمای بالا، به حالت اولیه بازگردد. به عنوان مثال در تصویر زیر می‌بینیم که از ساختار شبکه‌ای مورد نظر برای ساخت یک قطعه شبیه به دست انسان استفاده شده است؛ با حرارت دادن به این قطعه حالت دست عوض می‌شود و در سیکل حرارتی بعدی مجددا حالت اولیه دست را می‌بینیم:

تولید شبکه فلز مایع

پو ژانگ (Pu Zhang)، یکی از دانشمندان تیم تحقیقات ساخت شبکه مورد نظر می‌گوید که او و همکارانش تقریبا 6 ماه را صرف طراحی فرآیند تولید این سیستم کردند؛ سیستم طراحی شده بدون اسکلت داخلی کاربردی ندارد و در صورت نبود شبکه اسکلت مانند، فلز مایع به کار رفته از حالت مورد نظر خارج می‌شود و به شکل ظرفی که در آن قرار گرفته درمی‌آید.

از طرف دیگر آلیاژ مورد استفاده هم به دلیل داشتن نقطه ذوب پایین (62 درجه سلسیوس) به راحتی تغییر شکل می‌دهد؛ این آلیاژ هم‌اکنون در مصارفی مانند خنک کاری راکتورهای هسته‌ای به کار گرفته می‌شود و ساختار مشبک طراحی شده توسط ژانگ و همکارانش به شکلی دیگر، از خواص شگفت‌انگیز آلیاژ بیسموت، ایندیم و قلع استفاده می‌کند.

همان‌طور که اشاره شد، فرآیند تولید ساختار مورد نظر نسبتا پیچیده و مخصوص بوده و علاوه بر بهره‌برداری از فناوری پرینت سه بعدی، از فرآیندهای ریخته‌گری تحت خلا و پوشش دهی منسجم هم استفاده کرده است. تمامی این تکنیک‌های تولید به طرح تیم ژانگ این اجازه را می‌دهند تا فلز پوششی اسکلت الاستیک را به واسطه خاصیت ارتجاعی موجود به حالت اولیه بازگرداند؛ این نوع خواص ساختاری در حوزه‌های مختلفی از جمله هوافضا و طراحی ربات‌های گوناگون کاربرد خواهند داشت.

کاربرد طرح ساخته شده

ژانگ در این رابطه وضعیت فضاپیماها را مثال میزند؛ در حالتی که یک فضاپیما بر روی ماه فرود بیاید، نیروی ناشی از فرود و یا سقوط ساختار بیرونی کاوشگر را تخریب کرده و از فرم اصلی خارج می‌کند. در حال حاضر مهندسان ناسا از آلومینیوم و فولاد برای ضربه‌گیری‌های مورد نیاز استفاده می‌کنند، اما وقتی قطعات مورد نظر ضربه اولیه را جذب کنند، دیگر استفاده مجددا از آن‌ها معنا ندارد.

با این حال، ساختار شبکه‌ای فلز مایع این تیم تحقیقاتی می‌تواند در کنار جذب ضربات ناشی از فرود، برای استفاده مجددا هم کاربرد داشته باشد و تنها برای رسیدن به شکل اولیه، کافی است که ساختار را حرارت دهیم. با این کار می‌توان برای چندین مرتبه از ساختار مورد نظر استفاده کرد و بدون دور ریختن مواد، به کاربرد دلخواه رسید.

این تیم تحقیقاتی برای آزمایش طرح خود اشکال مختلفی را با این ساختار به وجود آورده و تغییر شکل‌های مورد نظر را بر روی آن‌ها امتحان کرده‌اند. از طرف دیگر ژانگ می‌گوید که استفاده احتمالی دیگر برای این شبکه فلز مایع کاهش حجم ساختارهای گوناگون است. به عنوان مثال در جابه‌جایی‌ها می‌توان یک ساختار را به حالت فشرده درآورد و پس از رسیدن به مقصد و انجام جابه‌جایی، با اعمال حرارت شبکه را به شکل اصلی بازگرداند.

ژانگ در رابطه با مراحل بعدی تحقیقات می‌گوید که قصد دارد با بهبود شبکه و آلیاژ مورد استفاده، کارایی طرح را بالابرده و درنهایت یک ربات قابل‌انعطاف را بسازد. رباتی شبیه به آنچه در سری فیلم‌های ترمیناتور که ژانگ هیچ کدام آن‌ها را تماشا نکرده، دیده‌ایم!

مقاله دانشمندان دانشگاه نیویورک در ژورنال “Additive Manufacturing” منتشر شده است.