کمک هنر بافندگی ۹۵۰۰ ساله به رباتیک

مهندسان «دانشگاه میشیگان» دریافته‌اند که تکنیک‌های باستانی بافت سبد می‌تواند کلید ساخت دسته جدیدی از مواد برگشت‌پذیر و سخت برای قرن بیست و یکم باشد. پژوهش آنها نشان می‌دهد که مواد بافته‌شده می‌تواند فشرده‌سازی مکرر را تحمل کرده و به شکل اولیه خود بازگردد. این کشف می‌تواند باعث پیشرفت در طراحی مواد شود.

الهام از هنر بافندگی باستانی

این ایده هنگامی شکل گرفت که «گئووِی وِین تو» (Guowei Wayne Tu)، دانشجوی دکتری مقاله‌ای درباره بافت سبد‌هایی مربوط به حدود ۷۵۰۰ سال قبل از میلاد (۹۵۲۵ سال پیش) یافت.

پژوهشگران، از جمله پروفسور «اوگنی فیلیپوف»، شروع به طرح این پرسش کردند که آیا طول عمر این هنر باستانی تنها به علت زیبایی ظاهری و قابلیت آن در ایجاد اشکال سه‌بعدی بوده است یا عوامل دیگری در کار بوده است.

فیلیپوف، نویسنده مسئول این پژوهش، می‌گوید: «ما می‌دانستیم که بافتن روشی مؤثر برای ایجاد اشکال سه‌بعدی از نوار‌هایی مانند نی و پوست درختان است؛ اما حدس می‌زدیم که باید مزایای مکانیکی بنیادی نیز وجود داشته باشد».

مدیریت فشار و مقاومت مواد

برای آزمایش این فرضیه، تیم پژوهش با بافتن نوار‌های پلی‌استر مایلار، سازه‌هایی سه بعدی ساخت که به عنوان متامتریال _نوعی کامپوزیت مصنوعی با خواصی ناموجود در مواد طبیعی _ شناخته می‌شوند.

آنها دو دسته سازه طراحی کردند: یک دسته با چهار نوع بافت متفاوت در گوشه‌ها و دسته‌ای دیگر از مایلار پیوسته و بدون بافت. سپس هر دو نوع سازه را تحت فشار قرار دادند تا عملکرد و میزان مقاومت آنها را بایکدیگر مقایسه کنند.

ساختار‌های بدون بافت در اثر فشار، به طور دائمی تغییر شکل داده و دچار خمیدگی شدند؛ در حالی که ساختار‌های بافته شده حتی پس از فشرده شدن تا کمتر از ۲۰ درصد از ارتفاع اولیه‌شان، بدون آسیب باقی ماندند.

اسکن‌های سه‌بعدی نشان دادند که راز مقاومت در نحوه توزیع فشار است. فشار متمرکز باعث خمیدگی و آسیب ساختار‌های بدون بافت می‌شود؛ اما ساختار‌های بافته شده فشار را در نواحی گسترده‌تری پخش می‌کنند و از آسیب دائمی جلوگیری می‌کنند.

ترکیب برگشت‌پذیری و سختی در مواد بافته شده

پژوهش‌ها نشان دادند که برخلاف تصور عمومی، ساختار‌های بافته شده ذاتا انعطاف‌پذیر نیستند بلکه ۷۰ درصد سختی نمونه‌های بدون بافت را دارند.

این ماده بافته‌شده در آزمایش طرح‌های پیچیده‌تر، استحکام و برگشت‌پذیری از خود نشان داد.
علاوه بر این، یک نمونه اولیه ربات چهارپا می‌توانست ۲۵ برابر وزن خود را تحمل کند و حرکت کند و هنگامی که بیش از حد تحت فشار قرار می‌گرفت، به حالت اولیه خود باز می‌گشت و همچنان کارآمد باقی می‌ماند.

کاربرد‌های گسترده و آینده پژوهش

این مواد جدید به علت ترکیب خاص سختی و برگشت پذیری، برای کاربرد‌های نیازمند تحمل بار و دوام طولانی‌مدت مناسب هستند. پژوهشگران یک طرح اولیه از اسکلت خارجی بافته شده طراحی کرده‌اند که می‌تواند سختی خود را تنظیم کرده و از اعضای بدن در برابر ضربه محافظت کند.

در آینده، هدف آنها تبدیل این مواد به سیستم‌های هوشمند است که با ادغام الکترونیک بتوانند محیط را حس کرده و شکل خود را تغییر دهند.

این گزارش با استفاده از مطلب منتشر شده در وبسایت «اینترستینگ اینجینیرینگ» (Interesting Engineering) تهیه شده است.