تكنولوجيا

طائرة بدون طيار آلية جديدة تتحول من مركبة أرضية إلى مركبة جوية باستخدام معدن سائل

مورف بدون طيار

طائرة بدون طيار قادرة على التحويل والانحناء باستخدام المعدن السائل. الائتمان: Virginia Tech

تخيل مركبة صغيرة ذاتية القيادة يمكن أن تتدحرج على الأرض وتتوقف وتتسطح إلى كوادكوبتر. تبدأ الدوارات بالدوران وتقلع السيارة. بالنظر عن قرب ، ماذا تعتقد أنك سترى؟ ما هي الآليات التي حولتها من مركبة أرضية إلى طائرة كوادكوبتر تحلق؟ يمكنك أن تتخيل التروس والأحزمة ، ربما سلسلة من المحركات المؤازرة الصغيرة التي تضع جميع أجزائها في مكانها الصحيح.

مشاهدة الفيديو

إذا تم تصميم هذه الآلية من قبل فريق Virginia Tech بقيادة مايكل بارتليت ، الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية ، فسترى طريقة جديدة لتغيير الشكل على مستوى المواد. يستخدم هؤلاء الباحثون المطاط والمعادن ودرجة الحرارة لتحويل المواد وتثبيتها في مكانها بدون محركات أو بكرات. تم نشر عمل الفريق في الروبوتات العلمية. من بين المؤلفين المشاركين في البحث طلاب الدراسات العليا دوجيو هوانج وإدوارد جيه بارون الثالث وباحث ما بعد الدكتوراه في ABM تاهيدول حق.

احصل على الشكل

الطبيعة غنية بالكائنات الحية التي تغير شكلها لأداء وظائف مختلفة. يعيد الأخطبوط تشكيل نفسه جذريًا للتحرك والأكل والتفاعل مع بيئته ؛ يثني البشر العضلات لدعم الأحمال والحفاظ على الشكل ؛ والنباتات تتحرك لالتقاط ضوء الشمس طوال اليوم. كيف يمكنك إنشاء مادة تؤدي هذه الوظائف لتمكين أنواع جديدة من الروبوتات متعددة الوظائف والمتحركة؟

قال بارتليت: “عندما بدأنا المشروع ، أردنا مادة يمكنها القيام بثلاثة أشياء: تغيير الشكل ، والحفاظ على هذا الشكل ، ثم العودة إلى التكوين الأصلي ، والقيام بذلك على مدار عدة دورات”. “كان أحد التحديات هو إنشاء مادة مرنة بما يكفي لتغيير الشكل بشكل جذري ، ولكنها صلبة بما يكفي لإنشاء آلات قابلة للتكيف يمكنها أداء وظائف مختلفة.”

لإنشاء هيكل قابل للتحويل ، لجأ الفريق إلى kirigami ، فن ياباني لإنشاء أشكال من الورق عن طريق قصها. (تختلف هذه الطريقة عن الأوريجامي ، الذي يستخدم الطي). من خلال ملاحظة قوة أنماط kirigami في المطاط والمركبات ، تمكن الفريق من إنشاء بنية مادية لنمط هندسي متكرر.

إدوارد بارون ومايكل بارتليت ودوجيو هوانج

إدوارد بارون ومايكل بارتليت ودوجيو هوانج يمسكون بقطعة قماش ملتوية. الائتمان: تصوير أليكس باريش لصالح Virginia Tech

بعد ذلك ، احتاجوا إلى مادة من شأنها أن تحتفظ بشكلها ولكنها تسمح بمسح هذا الشكل عند الطلب. هنا قدموا هيكلًا داخليًا مصنوعًا من نقطة انصهار منخفضة سبيكة (LMPA) مدمج داخل جلد مطاطي. عادة ، عندما يتم شد المعدن أكثر من اللازم ، ينثني المعدن بشكل دائم أو يتشقق أو يتمدد إلى شكل ثابت غير قابل للاستخدام. ومع ذلك ، مع هذا المعدن الخاص المدمج في المطاط ، حول الباحثون آلية الفشل النموذجية هذه إلى قوة. عند التمدد ، يحتفظ هذا المركب بسرعة بالشكل المطلوب ، وهو مثالي لمواد التحوير الناعمة التي يمكن أن تصبح حاملة للأثقال على الفور.

أخيرًا ، كان على المادة إعادة الهيكل إلى شكله الأصلي. هنا ، قام الفريق بدمج عناصر تسخين مرنة على شكل محلاق بجوار شبكة LMPA. تتسبب السخانات في تحويل المعدن إلى سائل عند 60 درجة درجة مئوية (140 درجة فهرنهايت) ، أو 10٪ من درجة حرارة انصهار الألومنيوم. يحافظ الجلد المرن على المعدن المنصهر محتجزًا في مكانه ، ثم يعيد المادة إلى شكلها الأصلي ، ويعكس التمدد ، ويعطي المركب ما يسميه الباحثون “اللدونة القابلة للانعكاس”. بعد التبريد ، يساعد المعدن مرة أخرى في الحفاظ على شكل الهيكل.

“تحتوي هذه المركبات على هيكل داخلي معدني مدمج في المطاط مع عناصر تسخين مرنة ، حيث تحدد القطع المستوحاة من kirigami شبكة من الحزم المعدنية. قال هوانج إن هذه القطع جنبًا إلى جنب مع الخصائص الفريدة للمواد كانت مهمة حقًا للتحول ، والحصول على الشكل بسرعة ، ثم العودة إلى الشكل الأصلي.

وجد الباحثون أن هذا التصميم المركب المستوحى من kirigami يمكن أن يخلق أشكالًا معقدة ، من الأسطوانات إلى الكرات إلى الشكل الوعر لقاع الفلفل. يمكن أيضًا تغيير الشكل بسرعة: بعد الاصطدام برصاصة ، يتغير الشكل وثبت في أقل من 1/10 من الثانية. بالإضافة إلى ذلك ، إذا انكسرت المادة ، يمكن أن تلتئم عدة مرات عن طريق صهر الهيكل المعدني وإصلاحه.

طائرة بدون طيار للأرض والجو ، وأخرى للبحر

تطبيقات هذه التكنولوجيا بدأت للتو في التطور. من خلال الجمع بين هذه المواد والقوة والتحكم والمحركات على متن الطائرة ، ابتكر الفريق طائرة بدون طيار وظيفية تتحول بشكل مستقل من مركبة أرضية إلى مركبة جوية. أنشأ الفريق أيضًا غواصة صغيرة قابلة للنشر ، باستخدام التحويل وعودة المواد لاستعادة الأشياء من حوض السمك عن طريق كشط بطن الغواصة على طول القاع.

“نحن متحمسون للفرص التي تقدمها هذه المادة للروبوتات متعددة الوظائف. هذه المركبات قوية بما يكفي لتحمل قوى المحركات أو أنظمة الدفع ، ولكنها يمكن أن تتحول بسهولة ، مما يسمح للآلات بالتكيف مع بيئتها ، “قال بارون.

بالنظر إلى المستقبل ، يتصور الباحثون أن تحويل المركبات يلعب دورًا في المجال الناشئ للروبوتات اللينة لإنشاء آلات يمكنها أداء مجموعة متنوعة من الوظائف ، والتعافي الذاتي بعد تعرضها للتلف لزيادة المرونة ، وتحفيز الأفكار المختلفة في واجهات الإنسان والحاسوب والمحمولة. الأجهزة. .

المرجع: “تشكيل المواد الخارقة الميكانيكية من خلال اللدونة القابلة للعكس” بقلم دوجيو هوانج ، وإدوارد جيه.بارون الثالث ، و ABM Tahidul Haque و Michael D. Bartlett ، 9 فبراير 2022 ، الروبوتات العلمية.
DOI: 10.1126 / scirobotics.abg2171

تم تمويل هذا المشروع من قبل Bartlett’s داربا جائزة الأستاذ الشاب ومنحة المخرج.


Source link

مقالات ذات صلة

أضف تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

Back to top button