ملخصات الأبحاث

مسارات متعددة الخطوات ذاتية التوجيه لإنتاج مواد خارقة

.C. Coulais et al

  • Published online:

تُعَد المسارات متعددة الخطوات، المتكوّنة من سلسلة من عمليات إعادة تشكيل البنية، أمرًا أساسيًّا في فاعلية عدة أنظمة طبيعية واصطناعية متنوعة. وتعمل هذه المسارات بصورة مستقلة في عمليات ذاتية التوجيه، مثل طيّ البروتينات والتجميع الذاتي، إلا أنها كانت في السابق تتطلب تحكمًا خارجيًّا للعمل في أنظمة ميكانيكية عيانية، توفّره على سبيل المثال المحرّكات في الروبوتات أو الطي اليدوي في فنّ الأوريجامي.

في البحث المنشور، يستعرض الباحثون مواد خارقة ميكانيكية عيانية، متغيّرة الشكل، تخضع لعملية إعادة تشكيل متعددة الخطوات، ذاتية التوجيه، استجابةً لانضغاط مُوحَّد شامل. يتجنب الباحثون الحاجة إلى تحكّم خارجي باستخدامهم مواد خارقة مصنوعة بالكامل من مكونات خاملة. ويدمج تصميم المواد الخارقة عناصر ميكانيكية غير خطية ببنية متعددة الأنماط تسمح بحدوث سلسلة من عمليات إعادة التشكيل الطوبولوجي الناتجة عن تكوّن روابط ذاتية داخلية بين عناصر المادة الخارقة.

يتوصَّل الباحثون إلى هذه المواد الخارقة عن طريق قطع المواد المرنة بنفث الماء المُتحكّم به حاسوبيًّا، ويُظهِرون أنه من الممكن التحكم في المسار متعدد الخطوات والتشكيل النهائي من خلال التصميم الرشيد للعناصر الميكانيكية غير الخطية. كما يوضحون أن الروابط الذاتية تكبح الأخطاء في المسار. وأخيرًا، يشكّل الباحثون بنى هرمية لزيادة عدد خطوات عمليات إعادة التشكيل المختلفة.

يرسّخ عمل الباحثين المبادئ العامة لتصميم المسارات الميكانيكية، ما يفتح آفاقًا جديدة لوسائط الطي الذاتي، والمواد متعددة القدرات، والأجهزة المرنة، في مجالات مثل الإلكترونيات المطاطة والروبوتات اللينة.