دانشجوی آمریکایی متاماده‌ای مبتنی بر صدا برای کنترل از راه دور رباتیک زیر آب ساخت

دانشجوی دکترای دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، یک متاماده جدید توسعه داده است که به دانشمندان اجازه می‌دهد اشیاء را در زیر آب تنها با استفاده از صدا دستکاری کنند.

کد خبر: ۱۲۶۴۷۰۸

چهارشنبه - ۳۱ ارديبهشت ۱۴۰۴ / May 21, 2025

به گزارش گروه  دانشگاه خبرگزاری دانشجو، امواج صوتی کار‌های بسیار بیشتری از انتقال موسیقی یا صدا انجام می‌دهند. در علم و مهندسی، آنها به نقشه‌برداری از کف دریا، نظارت بر زلزله، هدایت زیردریایی‌ها و حتی شکستن سنگ کلیه در بدن انسان کمک می‌کنند.

توانایی آنها در عبور از محیط‌های مختلف و اعمال نیرو، آنها را به ابزاری قدرتمند و غیرتهاجمی تبدیل می‌کند. اکنون، محققان این پتانسیل را حتی بیشتر گسترش می‌دهند.

داجون ژانگ، دانشجوی دکترای دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، یک متاماده جدید توسعه داده است که به دانشمندان اجازه می‌دهد اشیاء را در زیر آب تنها با استفاده از صدا دستکاری کنند.

کار او می‌تواند رباتیک زیر آب را متحول کند و حتی دریچه‌ای به سوی ابزار‌های جراحی غیرتهاجمی بگشاید.

ساختار دندانه اره‌ای که به صدا واکنش نشان می‌دهد

راز این امر در یک سطح مهندسی‌شده‌ی دقیق نهفته است. ژانگ یک متاماده با الگوی دندانه اره‌ای کوچک طراحی کرد. این الگو، نحوه‌ی بازتاب امواج صوتی را هنگامی که چندین بلندگو از زوایای مختلف آن را هدف قرار می‌دهند، تغییر می‌دهد. نتیجه: حرکت کنترل‌شده.

ژانگ گفت: با هدف قرار دادن دقیق فراماده شناور یا غوطه‌ور با امواج صوتی دقیق، می‌توانم هر جسمی را که به آن متصل است، دقیقاً به اندازه‌ای که می‌خواهم، فشار دهم و بچرخانم.

توانایی هدایت اشیا از راه دور می‌تواند عملیات زیر آب را ساده کرده و ابزار‌های دقیق جدیدی را در پزشکی ارائه دهد.

متاماده‌ای که توسط ژانگ ساخته شده است برای هل دادن و چرخاندن جسمی که با مجسمه باکی گورکن دانشگاه ویسکانسین مزین شده است، استفاده می‌شود. منبع – داجون ژانگ

از رباتیک تا پزشکی: حرکت از راه دور تقویت می‌شود

ژانگ معتقد است که کاربرد‌های این فراماده بسیار فراتر از آزمایشگاه است. فراماده او می‌تواند در مونتاژ سازه‌های زیر آب، هدایت وسایل نقلیه رباتیک یا رساندن دارو به نواحی صعب‌العبور بدن کمک کند.

او گفت: «متاماده ما روشی را برای اعمال نیرو‌های مختلف تابش صوتی بر روی اشیاء در محیط مایع، مانند ربات‌ها و وسایل نقلیه زیر آب، قطعات برای مونتاژ یا دستگاه‌ها و دارو‌های پزشکی ارائه می‌دهد.»

از آنجا که بدون تماس مستقیم کار می‌کند، این روش همچنین می‌تواند آسیب یا آلودگی را در محیط‌های حساس به حداقل برساند.

غلبه بر چالش ساخت

ساخت این نوع متامتریال ساده نیست. روش‌های استاندارد ساخت، هم از نظر دقت و هم از نظر قیمت، کمبود دارند.

ژانگ گفت: روش‌های ساخت فعلی برای متامواد زیر آب، وضوح یا خواص مواد مورد نیاز را ارائه نمی‌دهند و معمولاً بسیار گران هستند.

برای حل این مشکل، ژانگ رویکرد جدیدی را توسعه داد. این رویکرد، خروجی با وضوح بالا را با کنتراست صوتی قوی نسبت به آب ترکیب می‌کند، در حالی که هزینه‌ها را پایین نگه می‌دارد.

او گفت: این روش نه تنها کم‌هزینه و پیاده‌سازی آن آسان است، بلکه به وضوح ساخت بالا و کنتراست امپدانس صوتی زیادی با آب نیز دست می‌یابد که کلید‌های فرامواد زیر آب هستند.

شناور، غوطه‌ور و کاملاً کنترل‌شده

ژانگ ماده خود را با اتصال آن به اجسامی مانند چوب، موم و فوم پلاستیکی آزمایش کرد. چه شناور باشند و چه در زیر آب، این ماده به او اجازه می‌دهد تا با استفاده از صدا، آنها را در همه جهات، از جمله چرخش، حرکت دهد.

او اکنون قصد دارد یک نسخه کوچک‌تر و انعطاف‌پذیرتر بسازد. هدف او گسترش به زمینه‌هایی مانند جراحی از راه دور و رباتیک زیر آب خودکار است.

ژانگ گفت: تحقیقات ما فرصت‌های جدیدی را هم برای متامواد آکوستیک زیر آب و هم برای دستکاری از راه دور ایجاد می‌کند. اکنون می‌توان از متامواد و متاسطوح آکوستیک برای تولید نیرو از راه دور برای کاربرد‌های شناوری، تحریک و دستکاری در زیر آب یا درون بدن استفاده کرد.

ژانگ این دستاورد را در جریان صد و هشتاد و هشتمین نشست مشترک انجمن آکوستیک آمریکا و بیست و پنجمین کنگره بین‌المللی آکوستیک ارائه کرد.