دستاورد خیره‌کننده محققان MIT؛ ابداع ماده‌ای که با کشیدن یک نخ به هر شکلی تبدیل می‌شود

مرز بین ریاضیات و هنر بسیار باریک است و اکنون مشخص شده که همین موضوع درباره علم مواد و هنر کاغذسازی نیز صدق می‌کند. پژوهشگران به تازگی ماده‌ای ابداع کرده‌اند که در نگاه اول تنها یک الگوی کاشی‌کاری شده تخت به نظر می‌رسد، اما به محض اینکه نخ کوچکی را که از کنار آن بیرون زده می‌کشید، این شبکه به سرعت به یک ساختار سه بعدی پیچیده تبدیل می‌شود.

به گزارش بخش اخبار علمی زوم تک به نقل از  Gayoung Lee، این ماده جدید که با الهام از تکنیک هنری ژاپنی کیریگامی (Kirigami) ساخته شده است، می‌ تواند کاربردهای شگفت‌انگیزی داشته باشد؛ از تجهیزات پزشکی قابل حمل و ربات‌ های تاشو گرفته تا زیستگاه‌ های مدولار فضایی در سیاره مریخ.

الگوریتم هوشمند؛ تبدیل هنر کیریگامی به مهندسی پیشرفته

تیمی از محققان آزمایشگاه علوم کامپیوتر و هوش مصنوعی MIT (CSAIL)، الگوریتمی توسعه داده‌اند که ساختار سه بعدی مورد نظر کاربر را به یک شبکه تخت از کاشی‌های چهارضلعی تبدیل می‌کند. این روش از هنر کیریگامی (به معنای بریدن کاغذ) الهام گرفته شده که در آن هنرمندان با برش‌های خاص، ویژگی‌های منحصربه‌فردی را در ماده ایجاد می‌کنند.

مکانیزم خاصی که در اینجا به کار رفته، به عنوان مکانیزم اکستیک (Auxetic) شناخته می‌شود. این ساختارها برخلاف مواد معمولی، هنگام کشیده شدن ضخیم‌تر و هنگام فشرده شدن نازک‌تر می‌شوند. الگوریتم ابداع شده، “بهترین مسیر نخ” را برای به حداقل رساندن اصطکاک محاسبه می‌کند تا شبکه تنها با یک حرکت نرم و یکپارچه به شکل سه بعدی نهایی درآید.

ویژگی‌ های کلیدی این فناوری:

• سادگی عملکرد: تمام فرآیند تبدیل تنها با کشیدن یک رشته نخ انجام می‌شود.
• طراحی خودکار: کاربر طرح سه بعدی را وارد کرده و الگوریتم تمام محاسبات برش و مسیر نخ را انجام می‌دهد.
• تنوع در مواد: این روش به جنس ماده وابسته نیست و می‌توان از چوب، پلاستیک یا فلز در آن استفاده کرد.

از تجهیزات پزشکی تا صندلی‌ هایی با ابعاد واقعی

پس از شبیه‌سازی‌های متعدد، تیم تحقیقاتی اشیاء واقعی مختلفی را با این روش طراحی کردند. این موارد شامل ابزارهای پزشکی مانند آتل‌های ارتوپدی یا اصلاح‌کننده‌های وضعیت بدن و سازه‌هایی شبیه به کلبه‌های یخی (Igloo) بود. محققان حتی موفق شدند یک صندلی در ابعاد انسانی را با استفاده از جعبه‌های چوبی که با لیزر برش خورده بودند، بسازند. طبق مقاله منتشر شده، این صندلی کاملاً مستحکم بوده و توانسته وزن یک انسان را تحمل کند.

چالش‌ های پیش رو و آینده سازه‌ های تاشو

اگرچه این روش پتانسیل بالایی دارد، اما محققان خاطرنشان کردند که برای ساخت سازه‌های معماری بسیار بزرگ، چالش‌های مهندسی خاصی در مقیاس وسیع وجود خواهد داشت. با این حال، به دلیل سهولت در استفاده و دسترسی نسبی، تیم MIT به شدت در حال بررسی راه‌هایی برای غلبه بر این موانع و همچنین ساخت ساختارهای بسیار ظریف‌تر و مینیاتوری با این تکنیک است.

عاقب زمان (Akib Zaman)، نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید: «امیدوارم مردم بتوانند از این روش برای ایجاد طیف گسترده‌ای از سازه‌های قابل استقرار و تاشو استفاده کنند.» این فناوری می‌تواند انقلابی در حمل و نقل کالا و لجستیک ایجاد کند، چرا که سازه‌های بزرگ را می‌توان به صورت کاملاً تخت جابه‌جا و در مقصد تنها با یک حرکت برپا کرد.