اخبار فناوری، اخبارتکنولوژی، اخبار علمی و پزشکی، شبکه های اجتماعی، کسب و کار و استارتاپ ها

انقلابی در ساخت مواد که خود آگاه است و ساختار های بنیادی زندگی بشر را تغییر خواهد داد

0

تحقیقات جدید در Nano Energy مواد مقیاس پذیر، انقلابی را معرفی می کند که خود را حس و قدرت می بخشد.

از بزرگترین پل ها گرفته تا کوچکترین کاشت های پزشکی ، حسگرها در همه جا وجود دارند و بشر امروزی دلیل خوبی هم برای بکارگیری آنهادارد: توانایی درک و نظارت بر تغییرات قبل از اینکه هر مسئله کوچک به مشکلی بزرگ تبدیل شوند.

برای مقابله بهتر با این تهدیدات احتمالی ، آزمایشگاه نظارت و آزمایش ساختاری هوشمند (iSMaRT) در دانشکده فنی مهندسی دانشگاه پیتسبورگ سوانسون کلاس جدیدی از مواد را طراحی کرده است که هم محیط حسگر و هم نانو ژنراتور بوده و آماده ایجاد انقلابی در ماده چند منظوره در فناوری های بزرگ و کوچک هستند. 

این تحقیق که اخیراً در Nano Energy منتشر شده است ، یک سیستم فرامادی جدید را توصیف می کند که به عنوان خود سنسور عمل می کند ، اطلاعات مهم در مورد فشار و تنش های موجود در ساختار آن را ضبط و ارائه می کند. به اصطلاح “فراماده ای خودآگاه” قدرت خودش را تولید می کند و می تواند برای طیف وسیعی از برنامه های سنجش و نظارت مورد استفاده قرار گیرد.

ابتکاری ترین وجه کار مقیاس پذیری آن است: طراحی مشابه در مقیاس نانو و مقیاس بزرگ صرفاً با طراحی هندسه مقیاس پذیر است.

امیر علوی ، استادیار مهندسی عمران و محیط زیست و مهندسی زیستی ، که آزمایشگاه iSMaRT را رهبری می کند ، گفت: “شکی نیست که مواد نسل بعدی باید چند منظوره ، تطبیقی ​​و تنظیم گر شوند.” “شما فقط با مواد طبیعی نمی توانید به این ویژگی ها برسید – شما به سیستم های ترکیبی  نیاز دارید که در آن هر لایه سازنده عملکرد خاص خود را ارائه دهد. سیستم های فرامادی خودآگاه که ما اختراع کرده ایم می توانند با ترکیب فن آوری های پیشرفته جمع آوری فرامادها و انرژی در مقیاس چند مقیاسی ، اعم از استنت پزشکی ، کمک فنر یا بال هواپیما ، این ویژگی ها را ارائه دهند. “

در حالی که تقریباً تمام مواد موجود در مورد احساس خود ترکیبی هستند که به اشکال مختلف الیاف کربن به عنوان ماژول های سنجش متکی هستند ، این مفهوم جدید رویکردی کاملاً متفاوت ، در عین حال کارآمد ، در ایجاد سیستم های مواد حسگر و نانوژنراتور را ارائه می دهد. مفهوم پیشنهادی به طراحی متناسب با عملکرد و مونتاژ ریزساختارهای مواد متکی است.

این ماده به گونه ای طراحی شده است که تحت فشار ، برق رسانی تماسی بین لایه های رسانا و دی الکتریک آن ایجاد می شود و یک بار الکتریکی ایجاد می کند که اطلاعات مربوط به وضعیت ماده را انتقال می دهد. علاوه بر این ، به طور طبیعی از ویژگی های مکانیکی برجسته فرامواد ، مانند تراکم پذیری منفی و مقاومت فوق العاده بالا در برابر تغییر شکل ، برخوردار است. توان تولید شده توسط مکانیسم نانو ژنراتور triboelectric داخلی ، نیازی به منبع تغذیه جداگانه را برطرف می کند: چنین سیستم های متری می توانند صدها وات نیرو را در مقیاس های بزرگ مهار کنند.

“بازی تعویض” ، از قلب انسان به زیستگاه های فضایی

کاوه باری ، نویسنده اصلی و دانشجوی دکترا در آزمایشگاه علوی ، گفت: “ما معتقدیم که این اختراع یک بازی تغییر در علوم فرامادی است که در حال حاضر قابلیت های مختلفی به خود جلب کرده است.” “در حالی که بخش قابل توجهی از تلاش های فعلی در این زمینه صرفاً در جستجوی خواص مکانیکی جدید بوده است ، ما با معرفی مکانیزم انقلابی خود شارژ و خود سنجش در ساختار سیستم های مادی ، گامی فراتر می بریم.”

 گلوریا ژانگ ، یکی از نویسندگان اصلی مقاله و دانشجوی دکترا در آزمایشگاه علوی می گوید :“هیجان انگیزترین سهم ما این است که ما در حال مهندسی جنبه های جدیدی از هوش در بافت فرامادها هستیم. ما تحت این مفهوم می توانیم به معنای واقعی کلمه هر سیستم مادی را به محیط حسگر و نانو ژنراتور تبدیل کنیم. “

محققان چندین طرح اولیه را برای انواع کاربردهای مهندسی عمران ، هوا و فضا و زیست پزشکی ایجاد کرده اند. در مقیاس کوچکتر ، می توان از استنت قلب با استفاده از این طرح برای کنترل جریان خون و تشخیص علائم انسداد یا تنگی مجدد شریان استفاده کرد. همین طرح در مقیاس بسیار بزرگتر نیز برای ایجاد یک تیر مکانیکی قابل تنظیم مناسب برای پلی که می تواند خود را برای نقص در ساختار خود کنترل کند ، مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

این مواد همچنین دارای پتانسیل بسیار زیادی فراتر از زمین هستند. یک ماده خودآگاه که نه از الیاف کربن استفاده می کند و نه از سیم پیچ. این ماده از نظر جرم، سبک ، کم چگالی ، کم هزینه ، بسیار مقیاس پذیر است و می توان آن را با استفاده از طیف گسترده ای از مواد آلی و معدنی ساخت. این ویژگی ها آنها را برای استفاده در اکتشافات فضایی آینده ایده آل می کند.

“برای درک کامل پتانسیل عظیم این فناوری ، تصور کنید که چگونه می توانیم این مفهوم را برای ساختن زیستگاههای فضایی خودارزش از نظر ساختاری فقط با استفاده از مواد بومی در مریخ و فراتر از آن سازگار کنیم. ما در حال حاضر در حال بررسی این موضوع هستیم. ” “شما می توانید سیستم های مواد نانو ، خرد ، ماکرو و مقیاس بزرگ را تحت این مفهوم ایجاد کنید. به همین دلیل من اطمینان دارم که این اختراع می تواند پایه های نسل جدیدی از ساختارهای زنده مهندسی را ایجاد کند که به محرک های خارجی پاسخ می دهند ، بر وضعیت آنها نظارت دارند و خودشان نیرو می گیرند.

مرجع :DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106074

لینک کوتاه : https://bittly.ir/omcJ1 QR:  انقلابی در ساخت مواد که خود آگاه است و ساختار های بنیادی زندگی بشر را تغییر خواهد داد

پیام بگذارید