jamejamonline
صفحه نخست عمومی کد خبر: ۳۱۳۱۷۳   ۲۹ بهمن ۱۳۸۸  |  ۱۹:۰۰

تازه‌ترین دستاوردها در زمینه حرکت روی سطوح عمودی

به دنبال تحقق رویای مرد عنکبوتی

آیا روزی فرا خواهد رسید که انسان بتواند روی دیوارها نیز راه برود؟! ساخت فیلم‌هایی همچون مرد عنکبوتی تنها گوشه‌ای از تمایل درونی بشر برای رسیدن به چنین نقطه‌ای است. برای دستیابی به چنین دستاوردی سال‌هاست که محققان به الهام گرفتن از طبیعت روی آورده‌اند و اکنون یکی از تازه‌ترین پیشرفت‌ها در این زمینه رونمایی می‌شود. پروفسور پاول استن از دانشگاه کورنل در گفتگو با Science daily از ابداع جدید و جالب توجه خود صحبت کرده است.

در بسیاری از موارد طبیعت بوده که الهام‌بخش اصلی دانشمندان به شمار می‌آمده است؟ آیا شما نیز از چنین رویه‌ای پیروی کرده‌اید؟

بله. طبیعت نکات جذابی را به ما نشان می‌دهد و می‌توان با الهام گرفتن از قواعد موجود در آن زندگی را ساده‌تر و جذاب‌تر کرد. در اینجا ما رفتار نوعی سوسک که موطن اصلی آن در فلوریداست را زیر نظر گرفته‌ایم تا ببینیم چگونه براحتی روی سطوح عمودی نیز حرکت می‌کند. نکته‌ای که برای ما بیش از سایر موارد جالب توجه بوده قدرت بالای سوسک در چسباندن خود به سطوحی همچون برگ‌هاست. این سوسک با نیرویی حدود 100 برابر وزنش می‌تواند خود را به سطح برگ چسبانده و در عین حال براحتی و در یک چشم به هم زدن نیز خود را از آن جدا سازد.

می‌توان این‌گونه ترسیم کرد که روزی افراد با تکیه بر این فناوری و فناوری‌های مشابه براحتی روی سطوح عمودی حرکت کنند؟!

چشم‌انداز جالب توجهی است اما در عین حال سخت! ما در نظر داریم فناوری نوین خود را به مرحله‌ای برسانیم که در آن افراد بتوانند با پوشیدن کفش‌ها و دستکش‌های خود براحتی روی سطوح عمودی نظیر دیوارها حرکت کنند. در این سوسک مکانیسم چسبندگی سریعی دیده می‌شود. ما به دنبال آن هستیم که از آن در وسایلی همچون کفش‌ها و دستکش‌ها نیز استفاده کنیم. در این صورت این وسایل باید طوری ساخته شوند که در صورت نیاز به سرعت و با قدرت بالا به سطح چسبیده و در هر لحظه که مورد نظر کاربر باشد، به سرعت از سطح قابل جدا شدن باشد.

برای این ایده چه قابلیت‌های دیگری را نیز متصور شده‌اید؟

حرکت با آن روی سطوح یکی از اصلی‌ترین اهداف ماست با این حال در نظر داریم تا انتقال محموله‌ها را نیز روی این سطوح با استفاده از این فناوری نوین امکان‌پذیر کنیم. در صورتی که بتوانیم به چنین مرحله‌ای برسیم تحولی تازه در علوم نوین ایجاد کرده‌ایم.

مکانیسم دستگاهی که طراحی کرده‌اید چگونه است؟

این دستگاه متشکل از یک صفحه صاف و مسطح و مملو از حفره‌های ریزی است که قطر هر یک از آنها در حدود تنها
چند میکرون است. یک صفحه که به آن صفحه زیرین گفته می‌شود آب را در خود نگه می‌دارد. در قسمت میانی دستگاه نیز لایه منفذدار دیگری نیز قرار دارد. استفاده از میدان الکتریکی با استفاده از باتری‌های شناخته شده 9 ولتی موجب می‌شود تا مایع در سراسر دستگاه منتشر شده و از لایه فوقانی و در قالب قطره‌های ریز به بیرون منتشر شود. در اینجاست که کشش سطحی ایجاد شده از سوی قطرات موجب چسبیدن سطح لایه فوقانی دستگاه به هر سطحی می‌شود. این حالت دقیقا مشابه زمانی است که دو سطح شیشه‌ای مرطوب با شدت عجیبی به یکدیگر متصل می‌شوند.

البته این نوع نیروها و کشش‌ها در زندگی روزمره به دفعات دیده می‌شود اما قدرت چندانی ندارند؟

دقیقا همین‌طور است. اگر به دور و بر خود با دقت نگاه کنیم شاهد آن خواهیم بود که نیروهای زیادی مشابه آنچه که گفته شد وجود دارند. این نیروها نسبتا ضعیف هستند اما اگر این امکان وجود داشته باشد که میزان آنها افزایش داده و در عین حال بتوانیم بر آنها اعمال کنترل نیز داشته باشیم اوضاع فرق می‌کند. ما می‌خواهیم به مرحله‌ای همچون مکانیسم کاری این سوسک برسیم، جایی که انبوهی از این نیروهای نسبتا ضعیف دست به دست هم داده و سوسک را روی سطوح عمودی و ناپایداری نظیر سطح برگ نگاه می‌دارند.

آیا تاکنون نمونه پیش ساخته‌ای از این فناوری نوین نیز ارائه کرده‌اید؟

بله. یکی از این نمونه‌های پیش‌ساخته به مدلی باز می‌گردد که در آن تا یکهزار حفره به قطر 300 میکرون ایجاد شده است. این نمونه می‌تواند تا جرمی به وزن 30 گرم را تحمل کند که معادل وزن 70 گیره کاغذ است.

به نظر می‌رسد ارتباط منطقی میان حفره‌ها و میزان چسبندگی وجود دارد؟

بله. ما آزمایشات مختلفی انجام دادیم و در این میان به یک سری تناسبات دست یافتیم که در طراحی و ساخت مدل‌های بزرگ‌تر آن هم با کارایی بیشتر ما را یاری می‌کنند. برآوردهای ما نشان می‌دهند هر چه تعداد این حفره‌ها بیشتر و در عین حال اندازه آنها کوچک‌تر باشد، شدت چسبندگی که به این ترتیب ایجاد می‌شود نیز افزایش پیدا می‌کند. یکی از جالب توجه‌ترین محاسبات ما نیز نشان داده است دستگاهی با سطح یک اینچ مربع می‌تواند تا حدود 8 کیلوگرم وزن را تحمل کند.

اما شما صحبت از میدان الکتریکی کردید. برای این‌که خاصیت چسبندگی در کمترین فرصت زمانی از بین برود چگونه از آن استفاده می‌کنید؟

کار چندان مشکلی پیش روی نداریم. تنها کاری که باید انجام دهیم این است که جهت میدان الکتریکی را معکوس کنیم. در چنین حالتی خاصیت چسبندگی در همان لحظه از میان می‌رود. در چنین حالتی مایع یاد شده (آب) به درون حفره‌ها باز می‌گردد و ریز پل‌های کششی ایجاد شده میان سطح دستگاه و سطح مورد نظر از میان می‌رود.

مهم‌ترین چالشی که در راه این ابداع نوین داشته‌اید چه چیزی بوده است؟

یکی از بزرگ‌ترین مشکلاتی که البته در نهایت موفق به غلبه بر آن شدیم تمایل ذاتی نزدیک شدن و به هم پیوستگی قطرات آب مایع بوده است. در حقیقت می‌توان این مشکل را اصلی‌ترین چالش در فرآیند طراحی و ساخت این دستگاه عنوان کرد. برای این منظور بررسی‌های زیادی انجام دادیم و در نهایت پمپ مورد نظر را به گونه‌ای طراحی کردیم که در برابر این خاصیت مقاومت کند.

چه چشم‌اندازی را برای آینده این فناوری نوین ترسیم کرده‌اید؟

ما از هم اکنون طراحی و ساخت انبوهی از نمونه‌های بزرگتر این فناوری نوین را متصور هستیم. البته همه چیز به تکمیل نهایی بستگی دارد که بر روی مکانیسم پمپاژ در این دستگاه مربوط می‌شود. از سوی دیگر تقویت پیوندهای چسبنده در این دستگاه نیز یکی از برنامه‌های بعدی ماست. ما همچنین به دستگاه‌هایی با ابعاد کوچک همچون کارت‌های اعتباری فکر می‌کنیم که قدرت خیره‌کننده‌ای در حمل بارهای سنگین و حجیم دارند.

با توجه به اهمیت پروژه به نظر می‌رسد حمایت‌های زیادی از آن شده باشد؟

حمایت‌های خوب و راضی‌کننده بوده است. ما از سوی آژانس پروژه‌های پیشرفته تحقیقات دفاعی آمریکا موسوم به دارپا و همچنین بنیاد ملی علوم این کشور حمایت‌های مالی و تحقیقاتی دریافت کرده‌ایم.

پروفسور پاول استین در یک نگاه

این محقق برجسته مدرک دکتری خود را در سال 1981 از دانشگاه جان هاپکینز اخذ کرده و در یک دهه گذشته نیز رشته تحقیقات گسترده‌ای در زمینه پایداری و حالت دینامیک محلول‌های مختلف داشته است. در وب سایت شخصی این محقق به پروژه‌های تحقیقاتی وی درخصوص پایداری و حالت پویایی مایعات اشاره شده است. این محقق از اعضای برجسته جامعه فیزیک آمریکا به شمار می‌آید. پروفسور استین در یک دهه گذشته به علل اصلی بروز تغییرات ساختاری در محیط‌هایی همچون زیر آب نیز پرداخته است و در این رهگذر ابزارهای مختلفی با استفاد از تغییرات یاد شده طراحی و ساخته است. او از مدیران ارشد نشریه علمی Fluid Mechanics نیز محسوب می‌شود.

موفقیت‌های وی در سال‌های گذشته مدال‌ها و نشان‌های مختلفی را برایش به همراه داشته که از آن جمله می‌توان به Henry Marion Howe Medal در سال 2007 اشاره کرد.

منبع: Science Daily

ارسال نظر
* نظر:
نام:
ایمیل:

یادداشت

بیشتر

گفتگو

بیشتر

پیشنهاد سردبیر

بیشتر
وضعیت قرمز گیشه

سینما سال جدید را هم با بحران شروع کرده و ظاهرا مردم هنوز رغبتی به فیلم دیدن ندارند

وضعیت قرمز گیشه

پیشخوان

بیشتر