خلق آب هوشمند با قابلیت برنامه ریزی توسط مهندسان دانشگاه هاروارد

آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که آب نیز می‌تواند هوشمند باشد؟ به صورت دقیق‌تر بخواهیم بگوییم، یک مایع که توانایی برنامه ریزی و عملکرد قابل کنترل توسط انسان را داشته باشد چه ویژگی‌هایی خواهد داشت؟ این ایده‌ای است که مهندسان دانشگاه هاروارد دنبال کرده و موفق به خلق اولیه مایع هوشمند ساخته بشر شده‌اند.

در دنیایی که پیشرفت‌های تکنولوژیکی به سرعت در حال تغییر است، مهندسان دانشگاه هاروارد گامی بزرگ در زمینه مواد جدید برداشته‌اند. بنابر گزارش Futurism، این مهندسان موفق به خلق یک نوع مایع جدید شده‌اند که به عنوان «آب هوشمند» شناخته می‌شود و قابلیت‌های برنامه‌ریزی دارد. این دستاورد می‌تواند تحولی عظیم در صنایع مختلف ایجاد کند.

محققان در مدرسه مهندسی و علوم کاربردی جان ای. پالسون (SEAS) دانشگاه هاروارد، یک نوع مایع قابل برنامه‌ریزی به نام «متافلوئید» ایجاد کرده‌اند که دارای خصوصیات قابل تنظیم از جمله انعطاف‌پذیری، خواص نوری، ویسکوزیته و حتی توانایی گذار بین حالت‌های نیوتنی و غیرنیوتنی است.

این مایع جدید که با استفاده از کپسول‌های کوچک و انعطاف‌پذیر الاستومری پُر و با هوا تولید شده، می‌تواند تحت فشار تغییر شکل داده و ویژگی‌های خود را به طور اساسی تغییر دهد.

پروفسور آدام گرتنر، مسئول ارشد این پژوهش در مورد پروژه مایع هوشمند می‌گوید:

ما می توانیم متافلوید را طوری برنامه ریزی کنیم که ویسکوزیته، ضریب شکست و سایر خواص آن را تغییر دهیم. این امر امکان کاربردهای بی‌سابقه‌ای را در زمینه های مختلف فراهم می‌کند.

همچنین عادل جلولی، یکی از نویسندگان این مطالعه و فیزیکدان در SEAS طی بیانیه ای در مورد این فناوری گفته است:

ما فقط در حال آزادسازی پتانسیل باورنکردنی این فناوری هستیم. با این پلتفرم، می‌توانید کارهای بسیار متفاوتی را در زمینه‌های مختلف انجام دهید.

متا ماده‌ها چه موادی هستند؟

از نظر ساختاری این مواد در دسته Metamaterials یا فراموادها جا می‌گیرند. فراموادها موادی هستند که به طور مصنوعی مهندسی شده‌اند تا دارای خواص کمیابی باشند که به گفته محققان «به جای ترکیب، ساختارشان تعیین می شود».

برخلاف سایر فرامواد، که بلوک‌های تولید آن‌ها به‌طور سنتی «در موقعیت‌های ثابتی در یک ساختار مشبک چیده می‌شوند»، متفلوئید ساخته‌ای از کره‌های لاستیک‌مانند کوچکی است که در یک مایع تراکم‌ناپذیر (در این مورد به‌خصوص، روغن سیلیکون) معلق هستند.

این کپسول های کروی با هوا پر شده و وقتی تحت فشار کافی قرار گیرند، خم می‌شوند. کپسول‌ها پس از جمع شدن، یک نیم‌کره عدسی مانند را تشکیل می‌دهند و وقتی آنها را به حال خود رها کنید قادر خواهند بود تا شکل طبیعی خود را حفظ کنند. این ویژگی به طور اساسی خواص سیال را تغییر می‌دهد: برای مثال، نیم‌کره‌های تحت فشار می‌توانند به نور اجازه تمرکز و عبور دهند، در حالی که کره‌های کامل می‌توانند آن را مسدود کنند.

کاتیا برتولدی، پروفسور ویلیام و آمی کوان دانوف، استاد مکانیک کاربردی در SEAS، در بیانیه‌ای پیرامون این موضوع اضافه می‌کنند:

بر خلاف فرامواد جامد، متا سیال‌ها توانایی منحصربه‌فردی برای جریان یافتن و سازگاری با شکل ظرف خود دارند. هدف ما ایجاد یک متا سیال بود که نه تنها دارای این ویژگی های قابل توجه باشد، بلکه بستری را برای ویسکوزیته قابل برنامه‌ریزی، تراکم پذیری و خواص نوری فراهم کند.

آزمایش متامایع یا مایع هوشمند

برای نمایش پتانسیل‌های جذاب مایع هوشمند، محققان از متاماده خود به عنوان سیال هیدرولیک در یک گیره رباتیک استفاده و نتایج آن را در مقاله‌ای در نشریه Nature منتشر کردند. این آزمایش به ظاهر ساده به نحوی طراحی شده بود که ربات باید اشیاء شکننده‌ای مانند یک بطری شیشه‌ای و یک تخم مرغ را بدون خرد کردن آنها بردارد.

ربات توانست با استفاده از سیال هوشمند، به طور خودکار به فشارهای مختلف اجسام مختلف بدون برنامه‌ریزی اضافی یا کنترل خارجی برسد. برای مقایسه باید بگوییم که در یک سیستم سنتی، برای کنترل سیال هیدرولیک داخل یک بازو باید برنامه‌ریزی پیچیده‌ای با دریافت انبوه داده‌ها از سنسورهای نصب شده به دست آورد. به لطف متا سیال بسیاری از این مراحل حذف شده و حتی دقت و کیفیت کار نیز به صورت قابل توجهی افزایش خواهد یافت.

در توصیف این پیشرفت، دکتر جلولی می‌گوید که «ما نشان می دهیم که می توانیم از این مایع برای اعطای هوش به یک ربات ساده استفاده کنیم.»

با این حال، این تست فقط یک پیش نمایش اولیه از قابلیت های متا سیال است. در مرحله بعد، محققان قصد دارند خواص صوتی و ترمودینامیکی متا سیال را که به طور کلی اصلی‌ترین و رایج‌ترین کاربردهای متا مواد هستند را در آزمایش‌های خود وارد نموده تا بتوانند این مایع هوشمند را به موادی واقعاً کاربردی تبدیل کنند.

کاربردهای بالقوه مایع هوشمند

همانطور که عنوان شد، مایع هوشمند یکی از جذاب‌ترین مواد در دنیای آینده خواهد بود. در واقع هرجا که بستری برای حرکت مایع داشته باشیم، بسته به ابعاد مورد نظر، می‌توان از این مایعات استفاده کرد و به هدف‌هایی رسید که شاید تا همین یکی دو سال پیش تصور آنها هم غیرممکن بود. این تکنولوژی می‌تواند در همه چیز از عملگرهای هیدرولیکی برای برنامه‌ریزی ربات‌ها گرفته تا میراگرهای هوشمند که می‌توانند انرژی را بسته به شدت ضربه تلف کنند، تا دستگاه‌های نوری که می‌توانند از شفاف به کدر تغییر حالت دهند، استفاده شود. برخی از کاربردهای آب هوشمند می‌تواند موارد زیر باشد:

• دارورسانی هدفمند: متافلوید می تواند برای انتقال داروها به طور مستقیم به سلول های هدف برنامه ریزی شود.
• مهندسی بافت: متافلوید می تواند برای ایجاد داربست های سه بعدی برای رشد سلول ها استفاده شود.
• فناوری های نوری: متافلوید می تواند برای ساخت لنزهای قابل تنظیم و سایر دستگاه های نوری استفاده شود.
• مواد هوشمند: متافلوید می تواند برای ساخت مواد با خواص قابل تنظیم مانند رنگ، رسانایی و انعطاف پذیری استفاده شود.

این پیشرفت نشان‌دهنده پتانسیل بالای متافلوئیدها در تحول صنایع مختلف است و می‌تواند به عنوان یک پلتفرم برای توسعه بیشتر در زمینه‌های متنوع عمل کند. با توجه به اینکه این تکنولوژی هنوز در مراحل اولیه است، می‌توان انتظار داشت که کاربردهای بیشتر و نوآوری‌های جدیدی در آینده مشاهده شود.