Aynı yapının bir stresi algılayabilmesi, yorumlayabilmesi ve tepkiye dönüştürebilmesi ihtimali, malzeme mühendisliğinde yeni bir aşamayı açıyor. Madde aktif bir sistem haline geliryetenekli bilgi üretmek Ve çevreye uyum sağlamak nerede faaliyet göstermektedir. Çalışması, davranış ve işlevin doğrudan malzemenin özelliklerinden ortaya çıktığı bu araştırma çizgisinde ifade edilmiştir. Eleonora TubaldiAmerika Birleşik Devletleri'ndeki Maryland Üniversitesi'nde profesör. “Bir yapının yük altında kolayca deforme olmasını istemiyoruz” diye açıklıyor. “Amaç, bize neler olduğunu anlatabilmesini sağlamak ve aynı zamanda aldığı uyaranlara göre davranışını değiştirebilmesini sağlamak.” Bu bir bakış açısı değişikliğidir geleneksel mühendislikten çok biyolojik dünyadan ilham alıyorzekanın tek bir noktada yoğunlaşmadığı, geniş bir malzeme içerisinde dağıldığı yer.
Bu hikâyenin aynı zamanda Tubaldi'nin kişisel tarihinde de kökleri vardır. Yükseltilmiş Recanati Marche'da hemen karmaşık fiziksel olaylara karşı bir merak geliştirdi. Bunun bir örneği, bir teknenin yelkenidir: rüzgarın etkisi altında deforme olan ve bir itici kuvvet oluşturan, bir akışkanla ve sürekli değişen bir çevreyle etkileşime giren bir yüzey. Yapılar ve akışkanlar arasındaki etkileşime duyduğu ilgi onu havacılık ve uzay mühendisliği okumaya yöneltti. Milano Politeknik ve ardından Kanada'ya yolculuğumuza devam etmek içinÉcole Polytechnique de Montréal. Bu deneyimlerinde, tüm araştırma faaliyetlerine rehberlik etmeye devam eden, yapılar ve akışkanların incelenmesi arasında ikili bir yörünge oluşturdu. Profesör, “Havacılık kanatlarından denizaltı sistemlerine, oradan da insan vücuduna geçiyoruz” diyor. “Ancak temel fizik her zaman aynıdır: Ölçekler değişir, malzemeler değişir, ancak denklemler aynı kalır.”
Bu prensip, Tubaldi'nin havacılık ve denizcilik sistemleri üzerinde çalıştıktan sonra odağını kardiyovasküler sisteme kaydırmaya karar vermesiyle açıkça ortaya çıkıyor. Sıçrayış açık görünebilir, ancak gerçekte burada da bir anlayış meselesi var Deforme olabilen bir yapının bir sıvıyla (bu durumda kan) nasıl etkileşime girdiği. “Atardamarların deforme olması çok önemli: Eğer sert olsaydı, aynı dolaşımı garanti etmek için kalbin çok daha büyük olması gerekirdi” diye açıklıyor. “Sistemi verimli kılan tam olarak deforme olma yeteneğidir.” Bu yetenek giderek kendimizi malzemelerin davranışını gözlemlemek ve modellemekle sınırlamadığımız, onu tasarlamaya başladığımız yeni bir araştırma aşamasına götürür. Böylece oyuna giriyorum metamalzemelerDoğada bulunmayan özellikleri elde etmek için tasarlanmış yapay yapılar.
Bu sistemler üzerindeki çalışma aynı zamanda araştırmayı yönlendirmenin sürecin ayrılmaz bir parçası haline geldiği, farklı alanlarda neyin derinlemesine araştırıldığının ve araştırıldığının tanımlanmasına yardımcı olan uluslararası bir bağlamın da parçasıdır. Bu resimde Tubaldi derginin ağına dahil Doğa yardımcı editör olarak Prestijli bir koleksiyonun npj MetamateryallerBurada, alanda ortaya çıkan yönelimleri gösteren çalışmaların seçilmesine ve düzenlenmesine yardımcı olmakta, hakemler ve bilim camiası arasındaki tartışmaları koordine etmektedir. Dikkat özellikle aşağıdaki olanaklara odaklanmıştır: katmanlı imalatbu, elde etmenizi sağlar karmaşık ve çok işlevli yapılar önceden erişilmesi zordu.
«Haydi konuşalım mantık dışı davranışlara sahip malzemeler: Sıkıştırıldığında genişlemek yerine ters yönde de büzüşen yapılar tasarlayabiliriz” diye açıklıyor. “Bu tür davranış doğal malzemelerde yaygın değildir.” Anahtar, belirli yanıtlar elde etmek için farklı şekillerde birleştirilebilen bir bulmaca gibi temel birimlerin tekrarında yatmaktadır. Orada yapı programlanabilir yani davranışı, dış kontrol sistemlerine başvurmadan, alacağı uyaranlara göre önceden tanımlanabilmektedir. Bu şekilde fonksiyon doğrudan malzemenin iç organizasyonundan ortaya çıkar ve sensörlere veya elektronik bileşenlere olan ihtiyaç azalır.
Geleneksel elektroniklerin sınır teşkil ettiği ortamlarda bir dizi uygulamanın önünü açan da tam olarak karmaşıklıktaki bu azalmadır: yumuşak robotik (yumuşak robotik), örneğin Tubaldi şunları yapabilen sistemler üzerinde çalışıyor: nesnelere ve kumaşlara zarar vermeden etkileşime geçinBilgi elde etmek için malzemenin deformasyonundan yararlanmak. “Amaç, sistemin temas ettiği şeyi tanıyabilmesini sağlamaktır” diye ekliyor. Bu yetenek tıp alanında önem kazanıyorburada temel sorunlardan biri robotik cerrahi dokunsal geri bildirim eksikliğidir. Cerrah dokunduğunu görebilir ancak doğrudan hissedemez. Tubaldi şöyle açıklıyor: “Bu bilgiyi malzeme aracılığıyla yeniden yapılandırabilirsek, dokular arasındaki farklılıkları belirleyebilir, anormallikleri belirleyebilir ve müdahalelerin hassasiyetini arttırabiliriz.”
Aynı zamanda, elektronik bileşenlerin bulunmaması, bu sistemlerin, geleneksel elektroniklerin uyumlu olmadığı manyetik rezonans görüntüleme veya diğer teşhis prosedürleri gibi bağlamlarda bile kullanılmasına olanak tanır. Aynı mantık şuna da uzanır: okyanus ve uzay gibi ekstrem ortamlarEnerji kullanılabilirliğinin sınırlı olduğu ve sistem karmaşıklığının minimumda tutulması gereken yerler. Burada araştırma grubu ayrıca üzerinde çalışıyor biyohibrit malzemelerhareket veya enerji üretmek için biyolojik bileşenleri entegre eden. «Fikir şu ki Malzemeyi aktive etmek için hücrelerin doğal davranışlarından yararlanın pillere veya karmaşık harici sistemlere başvurmak zorunda kalmadan” diye açıklıyor. Bunu yaparken, fiziksel destek, yapı ve sistem arasındaki ayrım bulanıklaşma eğilimi gösteriyor ve işlevin merkezileştirilmediği, dağıtıldığı entegre platformların ortaya çıkmasına neden oluyor. Bu çekici bir yaklaşım. biyolojik modellerzekanın tek bir organda yoğunlaşmadığı, tüm organizmaya yayıldığı yer.
Geleceğe baktığımızda bu gidişat, tasarım ve uygulama arasındaki boşluğu daha da azaltmayı amaçlayan bir vizyona dönüşüyor. “Amaç, kişiye özel araçların gerçek zamanlı olarak oluşturulmasına olanak tanıyan platformlar yaratmaktır” diye açıklıyor. «Bir hasta hakkında sahip olduğumuz bilgilerden yola çıkarak farklı çözümleri simüle edip en uygun olanı belirleyebiliyor ve ihtiyaç duyulduğunda doğrudan üretebiliyoruz». Böylece ameliyathane, planlama ve müdahalenin neredeyse aynı anda gerçekleştiği bir alana dönüştürülebilir.dijital modeller ile ileri üretim teknolojileri arasındaki entegrasyon sayesinde. Tubaldi, “Hastanın gerçek ihtiyaçlarına göre her vaka için özel alet ve cihazlar üretmenin mümkün olduğu doğrudan odada bir tür mühendislik laboratuvarının bulunduğunu hayal edelim” diye ekliyor. Bu, hesaplama sürelerinin hızlandırılmasını ve karmaşık sistemlerin entegre edilmesini gerektiren, halen gelişmekte olan bir senaryodur, ancak malzemelerin tedavinin odak noktası haline geldiği giderek kişiselleşen tıbbın önünü açmaktadır. tasarım ve uygulama arasındaki yakınlaşma.
Bir yanıt yazın