ساخت اشکال سه بعدی برای کنترل مسیر نور

محققان با الهام گرفتن از اشکال هنری باستانی - کیریگامی (برش کاغذ) و اوریگامی (تا کردن کاغذ) - روش جدیدی برای ایجاد فرامواد پیدا کرده‌اند.

کد خبر: ۱۲۲۰۹۸۶

سه‌شنبه - ۰۹ بهمن ۱۴۰۳ / January 28, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان با الهام گرفتن از اشکال هنری باستانی - کیریگامی (برش کاغذ) و اوریگامی (تا کردن کاغذ) - روش جدیدی برای ایجاد فرامواد پیدا کرده‌اند.

فرامواد که به طور مصنوعی مهندسی شده‌اند دارای ویژگی‌های منحصر به فردی هستند که در مواد طبیعی مشاهده نمی‌شود.

جالب اینجاست که مهندسان دانشگاه پرینستون با ترکیب هنر برش کاغذ و تا کردن، ساختار‌های سه بعدی خلاقانه‌ای را از یک تکه ماده ایجاد کرده‌اند.

آنها ساختار‌های سه بعدی را با "انعطاف پذیری قابل تنظیم" توسعه داده‌اند.

این ساختار‌ها می‌توانند صدا و نور را کنترل کنند که دنیایی از امکانات را در زمینه‌هایی مانند آکوستیک، اپتیک و رباتیک باز می‌کند.

هنر برش و تا کردن کاغذ

محققان از تکنیک‌های کیریگامی برای ایجاد برش‌هایی در یک ورق کاغذ استفاده کردند که منجر به ایجاد یک سطح پیچیده با سوراخ‌های متعدد (سطحی با جنس بالا) شد. به علاوه، آنها از اصول اوریگامی برای تا کردن این ورق برش به یک ساختار سه بعدی استفاده کردند.

شانه زدن این دو رشته به سادگی بریدن یک تکه کاغذ و تا کردن آن نیست. Xiangxin Dang، محقق فوق دکترا و نویسنده اصلی، گفت: این شامل تعادل دقیق بین این دو ایده است.

تمرکز اصلی این تحقیق شامل بررسی اصول ریاضی است که بر تعامل بین الگو‌های برش و تاشو حاکم است.

تعادل دقیق بین برش‌ها و چین‌ها در این تکنیک شبکه‌ای از اشکال به هم پیوسته را ایجاد می‌کند.

این اشکال به هم پیوسته، که مانند لولا عمل می‌کنند، امکان ایجاد ساختار‌های سه بعدی را فراهم می‌کنند که می‌توانند انعطاف پذیری خود را در پاسخ به نیرو‌های خارجی مانند فشار تنظیم کنند.

محققان بیان می‌کنند که این سازگاری به سازه‌هایی اجازه می‌دهد که در یک جهت صلب و در جهت دیگر انعطاف پذیر باشند. علاوه بر این، انعطاف پذیری آنها را می‌توان به سادگی با پیچاندن ساختار تغییر داد، که هندسه آن را تغییر می‌دهد.

مدار‌های هندسی

این تیم می‌تواند نحوه حرکت صدا و نور را با برش و تا کردن دقیق کاغذ، مانند ایجاد "مدار‌های هندسی" ویژه برای آنها، کنترل کند.

جالب اینجاست که ساختار‌های طراحی شده را می‌توان برای معرفی "قطبیت"، به معنای توانایی هدایت جریان چیزی (مانند صدا یا نور) در یک جهت خاص استفاده کرد.

این فرامواد از تنظیمات هندسی منحصر‌به‌فرد خود برای دستیابی به این کنترل جهت دار استفاده می‌کنند.

با تحقیقات بیشتر، می‌توان از این تکنیک برای ایجاد مدار‌های هندسی با قابلیت هدایت امواج صوتی استفاده کرد.

پروفسور گلاسیو پائولینو، استاد مهندسی Margareta Engman Augustine گفت: این فقط یک قطعه است که کار با آن را آسان‌تر می‌کند و شانس کمتری برای اشتباهات در تولید دارد.

با ترکیب برش‌ها و چین‌ها در سطوح با جنس بالا، می‌توانیم قطبیت را به یک ساختار تا شده و قابل تنظیم وارد کنیم. در نهایت، این می‌تواند برای اپتیک و نیمه هادی‌ها استفاده شود.

این تحقیق از یک آزمایش اولیه ناموفق با ساختار تاشو نشات گرفته است. با این حال، نتایج غیرمنتظره از این شکست، بینش‌های ارزشمندی را ارائه کرد، که محققان را به سمت رویکرد جدیدی هدایت کرد که در نهایت آنها را قادر ساخت تا قطبیت را به ساختار‌های سه بعدی اضافه کنند.

وقتی ایده‌ای دارید، در بیشتر مواقع کار نمی‌کند. اما گاهی اوقات، وقتی اشتباه می‌کنید، چیز جالبی ایجاد می‌شود.