SuaraSekitar Terkini Kumpulan Berita dan Informasi dari berbagai sumber yang terpercaya
Daftar Isi
Pergeseran bentuk itu —
Dua makalah baru menyoroti metode yang menjanjikan untuk membuat struktur pengubah bentuk.
Jennifer Ouellette –
Perbesar / Ilmuwan Harvard membuat “Totimorphic” bahan struktural yang dapat mengadopsi dan mempertahankan segala bentuk yang mungkin. Para ilmuwan di Case Western Reserve University dan Tufts University sedang mengeksplorasi kristal cair yang berubah bentuk.
Aurich Lawson/Harvard/Case Western Reserve
Luxo, Jr., lampu lengan seimbang Luxo animasi merek dagang Pixar, didasarkan pada desain klasik yang dikenal sebagai lampu anglepoise, ditemukan oleh desainer Inggris George Carwardine pada tahun 1932. Hampir sembilan puluh tahun kemudian, lampu anglepoise telah membantu menginspirasi pendekatan baru untuk membangun bahan pengubah bentuk multifungsi untuk robotika, bioteknologi, dan aplikasi arsitektur, menurut makalah baru yang diterbitkan dalam Prosiding National Academy of Sciences.
Sementara itu, fisikawan di Case Western Reserve University dan Tufts University telah menemukan pendekatan lain yang menjanjikan untuk menciptakan material pengubah bentuk baru. Para peneliti dari jarak jauh memanipulasi permukaan kristal cair yang biasanya datar tanpa rangsangan eksternal apa pun (seperti tekanan atau panas), mengubah penampilan fisiknya hanya dengan kehadiran permukaan bergelombang di dekatnya. Ini masih awal, tetapi para peneliti menyarankan pendekatan mereka suatu hari nanti dapat memungkinkan bahan yang dapat berubah bentuk dengan mudah The X -Pria 
‘s Mystique. Mereka menggambarkan pekerjaan mereka dalam makalah baru yang diterbitkan dalam jurnal Physical Review Letters.
Mengembangkan bahan pengubah bentuk baru adalah bidang penelitian yang sangat aktif karena ada begitu banyak aplikasi yang menjanjikan, seperti membangun otot buatan—bahan buatan manusia, aktuator, atau perangkat serupa yang meniru karakteristik kontraksi, ekspansi, dan rotasi (torsi). dari gerakan otot alami. Misalnya, pada tahun 2019, tim peneliti Jepang membubuhi bahan organik kristal dengan polimer agar lebih fleksibel, menunjukkan bukti konsep mereka dengan menggunakan bahan mereka untuk membuat boneka kertas aluminium foil melakukan sit-up. Sebagian besar otot buatan dirancang untuk merespons medan listrik (seperti polimer elektroaktif), perubahan suhu (seperti paduan memori bentuk dan tali pancing), dan perubahan tekanan udara melalui pneumatik.
Kemudian pada tahun yang sama, ilmuwan MIT menciptakan kelas yang disebut “bahan 4D” yang menggunakan bahan yang sama teknik manufaktur sebagai pencetakan 3D tetapi dirancang untuk berubah bentuk seiring waktu sebagai respons terhadap perubahan lingkungan, seperti kelembaban dan suhu. Mereka juga kadang-kadang dikenal sebagai origami aktif atau sistem perubahan bentuk.
Struktur MIT dapat berubah menjadi struktur yang jauh lebih rumit daripada yang telah dicapai sebelumnya, termasuk wajah manusia. Jenis bahan yang dapat berubah bentuk ini suatu hari nanti dapat digunakan untuk membuat tenda yang dapat dibuka dan mengembang dengan sendirinya, hanya dengan mengubah suhu (atau kondisi lingkungan lainnya). Kegunaan potensial lainnya termasuk lensa teleskop yang dapat dideformasi, stent, perancah untuk jaringan buatan, dan robotika lunak.
Memperbesar / Para peneliti Harvard telah mengembangkan bahan pengubah bentuk yang dapat menahan segala kemungkinan bentuk.
Harvard SEAS/CC BY
T adalah untuk Totimorphic
Yang unik dari penelitian terbaru dari tim Harvard adalah kumpulan blok, atau sel yang saling terkait, dapat mengambil dan memelihara sejumlah konfigurasi; sebagian besar bahan pengubah bentuk terbatas hanya segelintir. Itu sebabnya mereka disebut bahan struktural “totimorfik”.
“ Material dan struktur yang berubah bentuk saat ini hanya dapat bertransisi di antara beberapa konfigurasi yang stabil, tetapi kami telah menunjukkan cara membuat material struktural yang memiliki berbagai kemampuan mengubah bentuk,” kata rekan penulis L Mahadevan dari John A. Paulson School of Engineering Harvard. dan Ilmu Terapan (LAUT). “Struktur ini memungkinkan kontrol independen dari geometri dan mekanik, meletakkan dasar untuk bentuk fungsional rekayasa menggunakan tipe baru sel unit morphable.”
Trik untuk setiap material yang berubah bentuk adalah menemukan titik manis di mana kekakuan dan elastisitas (atau kesesuaian) dioptimalkan. Jika suatu material memiliki terlalu banyak kesesuaian, material tersebut tidak dapat mempertahankan berbagai bentuk yang diadopsinya karena konfigurasinya tidak akan stabil. Jika suatu material terlalu kaku, material tersebut tidak akan dapat mengambil konfigurasi baru sama sekali. Di situlah lampu anglepoise masuk. Kepala lampu “dapat berubah tanpa batas karena memiliki satu set pegas yang berlawanan dalam tegangan yang mengubah panjangnya sementara energi total tetap konstan,” tulis para penulis.
Dengan kata lain, kepala Luxo Jr. akan tetap stabil di posisi apapun karena pegasnya akan meregang dan menekan bagaimanapun mereka perlu untuk melawan gaya gravitasi. Istilah teknisnya adalah “struktur yang stabil secara netral”: sebuah struktur di mana elemen-elemen kaku dan elastis secara ideal seimbang, memungkinkan mereka untuk bertransisi di antara jumlah posisi atau orientasi yang tak terbatas sambil tetap stabil di semuanya. Mahadevan dan rekan-rekannya pada dasarnya membangun perakitan menggunakan engsel yang dapat diganti secara individual sebagai blok bangunan untuk mendapatkan keseimbangan yang sama antara kekakuan dan kesesuaian.
Peneliti Harvard menjuluki bahan ini “totimorphic” karena kemampuannya untuk berubah menjadi bentuk yang stabil. Para peneliti menghubungkan sel-sel unit individu dengan sambungan yang stabil secara alami, membangun struktur 2D dan 3D dari sel-sel totimorfik individu.
“Dengan memiliki sel satuan yang stabil secara netral, kita dapat memisahkan geometri material dari respons mekanisnya pada tingkat individu dan kolektif,” kata rekan penulis Gaurav Chaudhary, seorang rekan postdoctoral di SEAS. Geometri sel satuan dapat divariasikan dengan mengubah ukuran keseluruhannya maupun panjang penyangga yang dapat digerakkan, sedangkan respons elastisnya dapat diubah dengan memvariasikan kekakuan pegas di dalam struktur atau panjang pegas. struts dan link.”
Sebagai bukti konsep, tim menunjukkan bahwa satu lembar sel totimorfik mereka dapat melengkung ke atas, memutar menjadi heliks, menahan beban, dan bahkan berubah menjadi bentuk seperti wajah. “Kami menunjukkan bahwa kami dapat merakit elemen-elemen ini menjadi struktur yang dapat mengambil bentuk apa pun dengan respons mekanis yang heterogen,” kata rekan penulis S. Ganga Prasath, rekan postdoctoral SEAS lainnya. “Karena bahan-bahan ini didasarkan pada geometri, mereka dapat diperkecil untuk digunakan sebagai sensor dalam robotika atau bioteknologi atau dapat ditingkatkan untuk digunakan pada skala arsitektur.
)