Sonsuz olasılıkta şekil değiştiren malzemeler

Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) bülteninde yayımlanan bulgular, robotikten biyoteknolojiye ve mimariye kadar çeşitli uygulamalarda kullanılabilecek çok işlevli bir malzeme tipine kapı aralıyor.

Uygulamalı matematik, organizmal ve evrimsel biyoloji ve fizik profesörü olan eş yazar L. Mahadevan, bulguları şekilde anlattı:

“Günümüzdeki şekil değiştiren malzemeler ve yapılar, yalnızca birkaç çeşit kararlı yapılandırma arasında geçiş yapabiliyor. Fakat biz, istediğiniz kadar şekil değiştirebilen yapısal malzemelerin nasıl oluşturulacağını gösteriyoruz. Geometri ve mekaniğin bağımsız şekilde kontrol edilmesine olanak sağlayan bu yapılar, şekil verilebilen yeni bir hücre biriminin kullanılmasıyla işlevsel şekillerin geliştirilmesine zemin hazırlıyor.”

Şekil değiştiren malzemelerin tasarlanmasındaki en büyük engellerden biri, görünürde çelişki sergileyen uygunluk ve sertlik ihtiyaçlarını dengelemede ortaya çıkıyor. Yeni şekillere dönüşümü mümkün kılan uygunluk çok fazla seviyede olduğunda, şekillerin yapısı istikrarlı biçimde korunamıyor. Sertlik malzemenin bir yere sabitlenmesine yardımcı olsa da, yüksek seviyeye ulaştığında malzeme yeni şekil kazanamıyor.

Araştırma takımı, bir destek ve bir de manivela olmak üzere iki katı öğe barındıran ve nötral yönden durağan olan bir birim hücresi ile esneyebilir iki elastik yay kullanarak işe başlamış. Bir Pixar filminin başlangıcını izlediyseniz, nötrol yönden durağan bir malzeme görmüşsünüzdür. Pixar lambasının baş kısmı, tüm konumlarda durağandır çünkü yer çekimi kuvveti, lamba ne şekilde durursa dursun eşgüdümlü bir şekilde gerilip sıkışan yaylarla sürekli dengelenir. Hücrelerin enerjisini dengeleyen katı ve elastik öğelerin birleşmesiyle meydana gelen nötral yönden durağan sistemler, genel olarak birbirlerini nötral şekilde durağan hale getirir; yani sonsuz sayıda konum veya yönelim arasında geçiş yapabilir ve bunların herhangi birinde durağan olabilirler.

Çalışmanın eş birinci yazarı olan doktora sonrası araştırma görevlisi Gaurav Chaudhary, ise şunları söyledi:

“Nötral yönden durağan olan bir birim hücresiyle, malzemenin geometrisini mekanik tepkisinden hem tekil hem de toplu bir seviyede ayırabiliyoruz” diyor. “Birim hücresinin geometrisi, genel boyutunun yanısıra tekli şekilde hareket edebilen destek uzunluğunun değiştirilmesiyle de değişebiliyor. Bu sırada elastik tepkisi de, yapıdaki yayların sertliğinin ya da destek ve bağlantıların uzunluğunun değiştirilmesiyle değişebiliyor.”

Kaynak: Popular Science Türkiye