Miçiqan Universiteti tərəfindən

Robert Egan tərəfindən redaktə edilib

 Redaktorların qeydləriMiçiqan Universitetinin tədqiqatçılarının modelləşdirmə işi yumşaq materialların qüvvəyə həssas kimyəvi reaksiyalarla titrəmə və qıcolma kimi həyati hərəkətlərə necə nail ola biləcəyini göstərdi. Bu qrafik materiala təsir edən xaotik hərəkəti xarakterizə edir. Hərəkət bir növ 8 rəqəmi fəzası ilə məhdudlaşsa da, ilkin vəziyyətinə qayıtmır. Arxa planda lif şəbəkəsi stressə həssas kimyəvi reaksiyaları və onların mexanikaya əks-əlaqəsini göstərir. Müəllif: Biswarup Ash, Xiaoming Mao və Suraj Shankar

İnsanlar yüksək güclü maşınlar dedikdə, çox güman ki, öz əzələlərindən əvvəl əzələ maşınlarını düşünürlər. Lakin əzələlər və digər canlı toxumalar enerjili şeyləri çox tez edə bilirlər – onlar titrəyir, çırpılır və döyünürlər – fizika gücü belə təyin edir.

Alimlər və mühəndislər uzun müddətdir ki, mühərriklər, robotlar və digər cihazlar da daxil olmaqla müxtəlif tətbiqlər üçün yeni yumşaq, elastik və yüngül materiallar yaratmaq üçün biologiyadan ilham alırlar. Lakin bu sintetik materiallar hələ də canlı toxumanın aktiv və güclü xüsusiyyətlərinə uyğun gələ bilməyib. İndi Miçiqan Universitetinin tədqiqatçıları ” Physical Review Letters ” jurnalında məhz buna nail olmağın yolunu göstərən bir model və ya nəzəri çərçivə dərc ediblər .

Yumşaq materiallar biologiyanı necə təqlid edə bilər

“Bizim marağımız sürətli hərəkətlər haqqında düşünmək idi”, – deyə UM fizika üzrə dosenti Suraj Şankar bildirib. “Əgər biz güclü və son dərəcə sürətli hərəkətlər edə bilən yumşaq mühərriklər və yumşaq maşınlar yaratmaq istəyiriksə, bu, həqiqətən çətin bir işdir.”

Şankar və həmkarları göstərdilər ki, bu çətinlik materialın daxili mexanikası və kimyasını birləşdirməklə aradan qaldırıla bilər ki, onun hərəkətə qarşı fitri müqaviməti imkan verən bir tərkib hissəsinə çevrilsin. Tədqiqat ABŞ Milli Elm Fondu, ABŞ Ordusu Tədqiqat Ofisi və Dəniz Tədqiqatları Ofisi tərəfindən dəstəklənib.

“Rezin parçası kimi passiv yumşaq bir material düşünün, əgər onu uzatsanız, yavaş-yavaş geri qayıdacaq və orijinal formasına qayıdacaq. Bunu təsvir etmək üçün istifadə edəcəyimiz dil, enerjinin materialın sönməsi yolu ilə dağıldığını bildirir”, – deyə tədqiqatın baş müəllifi və UM fizika professoru Xiaoming Mao bildirib. “Əgər real materialda döyünən ürək tipli davranış yaratmaq istəyiriksə, bu dağılma ilə mübarizə aparmaq üçün bir şeyə ehtiyacımız var. Burada istifadə etdiyimiz mexanizm kimyəvi reaksiyalardır.”

Geribildirim və kimyanın rolu

Bu çərçivənin əsas xüsusiyyəti, materialın reaksiyalar vasitəsilə sistemə enerji verə bilən reaktiv kimyəvi maddələr ehtiva etməsidir. Lakin bu reaksiyalar, materialın deformasiyaya uğraması və ya gərginləşməsi zamanı təsir edən qüvvələrə də həssas olmalıdır.

Reaksiyalar və mexaniki qüvvə arasındakı bu əlaqə, təbii sönmə davranışına qarşı çıxan və materialın hərəkətini daha mürəkkəb edən bir növ müsbət geribildirim döngəsi yaradır. Normalda, bu sönmə materialın ətalətini – sükunətdən hərəkətə və əksinə keçidə qarşı təbii müqavimətini – üstələyəcək, lakin geribildirim aktiv olduqda əsas rol oynayır.

Tədqiqatın həmmüəllifi və tədqiqatçı Bisvarup Aş bildirib ki, “Adətən nəzərə alınmayan bu xüsusiyyət – sistemin ətaləti – əslində vacibdir. Əslində bu, bu maraqlı davranışı yaradır.”

Komanda göstərdi ki, əgər geribildirim dövrəsi kifayət qədər güclüdürsə, riyazi olaraq materialın hərəkəti xaotik hala gəlir.

“Təsəvvür edin ki, titrəyən və ya qıcqıran bir geliniz var”, Şankar dedi. “Bu cür xaotik davranış fiziki olaraq həqiqi bir material üçün belə görünərdi.”

Aktiv materiallar üçün gələcək imkanlar

Mao bildirib ki, bu cür aktiv materiallar hələ əldə edilməsə də, tədqiqatçılar digər təcrübələrdə geribildirim dövrünün fərdi komponentlərini nümayiş etdiriblər. Məsələn, kimyəvi reaksiya aktivləşdiyi üçün sıxıldıqda rəngini dəyişən materiallar olub . Yaxud digərləri materialın formasını dəyişməsinə və ya hərəkət etməsinə səbəb olan kimyəvi reaksiyalar hazırlayıblar.

“Bildiyimiz qədəri ilə, bu komponentlər birləşdirilməyib”, Mao dedi. “Amma yaxın gələcəkdə ağıllı bir kimya ilə bunların ola biləcəyi ehtimalı var.”

Tədqiqatın həmmüəllifləri arasında UM-də doktoranturadan sonrakı tədqiqatçı kimi çalışmış Siddhartha Sarkar, Kaliforniya Universitetinin mühəndislik professoru Nikolas Boechler və UM-də bakalavr tədqiqatçısı kimi çalışmış Yueyang Wu da var.

Daha çox məlumat: Siddhartha Sarkar və digərləri, Mexanokimyəvi Əlaqə Aktiv Bərk Cisimlərdə Kompleks İnertial Dinamikaya Nəzarət Edir, Fiziki İcmal Məktubları (2025). DOI: 10.1103/19rh-3whq . ArXiv -də : DOI: 10.48550/arxiv.2505.18272

Jurnal məlumatları: Fiziki İcmal Məktubları , arXiv  

Miçiqan Universiteti tərəfindən təmin edilir