ساخت ایستگاه فضایی و تلسکوپ تغییرشکل دهنده با یک فراماده جدید
محققان مادهای انعطافپذیر طراحی کردهاند که میتواند زمینهساز توسعه ساختارهای فضایی سازگار و قابل تغییر باشد؛ این ماده که الهامگرفته از طبیعت است، میتواند به بشر در ساخت زیستگاههای فضایی تغییر شکلدهنده و تلسکوپهای فضایی کمک کند.
در موجودات زنده، ساختارها از الگوهای ساده و قابل تکرار تشکیل شدهاند و اغلب به صورت یک شبکه نامنظم ظاهر میشوند. ساختارهای بزرگ، مانند استخوانها یا مرجانها، از چرخههای مکرر رشد یک الگوی پایه که خود به طور تصادفی ساخته میشود، به وجود میآیند.
به رغم این عدم سازماندهی ظاهری، ساختارهای حاصل میتوانند شکلهای مختلفی به خود بگیرند و دارای نقاط قوت، تطبیق پذیری و سایر خواص مفید باشند که خود واحدها ندارند؛ به عنوان مثال، سلولهای استخوانی فردی یا اسکلتهای پولیپهای مرجانی به تنهایی مقاومت بالایی ندارند، اما وقتی به صورت جمعی کار میکنند، میتوانند وزن حیوانات بزرگ یا کلنیهای عظیم زیر آب را پشتیبانی کنند.
مهندسان با الهام از طبیعت، به دنبال تکرار این انعطافپذیری با مواد مصنوعی طراحی شده توسط انسان هستند. هدف آنها، ساختن مواد مفیدی بوده که بتوان آن را از رشد مکرر یک الگوی زیربنایی ساخت و ساختار جدید ساخته شده، خواصی داشته باشد که الگوی زیربنایی به تنهایی ندارد.
پیشرفتی فراتر از آن، مطالعه فرامواد است که قابلیت تغییر شکل یا خواص خود را از طریق اعمال نیروی خارجی ساده، مانند میدان الکتریکی یا فشردن، دارا هستند.
کاربرد فراماده در فضا
این مواد ساده و قابل انعطاف برای کاربردهای فضایی بسیار جذاب هستند؛ زیرا میتوان آنها را در فضا جمعآوری و دوباره سرهم کرد؛ این امر از چالشهای آزمایش و مقاومسازی ساختارهای پیچیده و بزرگ مانند زیستگاهها و تلسکوپها جلوگیری میکند و انعطافپذیری لازم برای تغییر ساختارها براساس نیازهای ماموریت را فراهم و به ایجاد ساختارهای قابل تطبیق در فضا کمک میکند.
یک نوع امیدوارکننده از فراماده به عنوان شبکه توتیمورفیک (Totimorphic) شناخته میشود که از ساختارهای مثلثی تشکیل شدهاند. اتصال تعداد زیادی از این ساختارها به یکدیگر باعث میشود تا ساختار نهایی قابلیت انعطافپذیری بالایی برای تغییر شکل و تبدیل به انواع مختلف شکلها و ساختارها داشته باشد.
طبق مقاله جدیدی که توسط دانشمندان گروه مفاهیم پیشرفته آژانس فضایی اروپا (ESA) منتشر شده، جهشی بزرگ در پیشبرد شبکههای توتیمورفیک از یک ایده فرضی به کاربردهای عملی به همراه داشته است؛ یک سوال مهم در مورد این شبکهها این بود که چگونه میتوان یک ساختار بزرگ را به گونهای دیگر پیکربندی کرد بدون آن که شبکه در هم تنیده شود و این کار را به طور کارآمد انجام داد.
محققان یک شبیهسازی رایانهای از شبکههای توتیمورفیک ایجاد کردند و چگونگی تبدیل یک شکل به شکل دیگر را بهینهسازی کردند.
آنها روش جدید خود را با دو مثال به نمایش گذاشتند. در مرحله اول، آنها یک ساختار زیستگاه ساده طراحی کردند که امکان تغییر شکل و سختی آن وجود داشت. کاوشگران فضایی آینده میتوانند از همان نوع مواد برای ساخت انواع ماژولهای زیستگاه استفاده کنند. این ماژولها شکل خود را حفظ میکنند تا زمانی که دوباره برنامهریزی شوند تا فرم خود را تغییر دهند و نیازهای دیگری را برآورده کنند.
در مثال دوم، محققان یک تلسکوپ فضایی انعطافپذیر با شبکههای توتیمورفیک، طراحی کردند؛ این تلسکوپ میتواند فاصله کانونی خود را با تطبیق انحنای عدسی خود تغییر دهد؛ این امر امکان پرتاب یک تلسکوپ واحد و چند منظوره را فراهم میکند که میتواند برای ارائه راهبردهای رصد بهینه برای اهداف مختلف، تطبیق داده شود.
این مطالعه هنوز در مراحل اولیه قرار دارد و شبکههای توتیمورفیک هنوز فرضی هستند. مواد مورد نیاز برای این شبکهها هنوز موجود نیستند چه برسد به این که در تلسکوپهای فضایی استفاده شوند؛ با این حال، این تحقیق برای پیشرفت بشریت در حوزه فضایی بسیار حیاتی است. هزینه و دشواری پرتاب مواد به فضا نیازمند ساختارهای انعطافپذیر و قابل تطبیق است که ارزانتر به فضا فرستاده شده و به راحتی نصب شوند.
با الهام گرفتن از طبیعت و بررسی خواص شگفتانگیز فرامواد، ممکن است به اهداف فضایی آیندهنگرانه خود نزدیکتر شویم.