Bilim insanlarından canlıymış gibi hareket eden manyetik fener

Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi’nden bilim insanları, sıkıştırıldığında veya büküldüğünde onlarca farklı üç boyutlu forma dönüşebilen bir polimer yapı tasarladı. “Çin feneri” görünümündeki bu yapı, manyetik alanla uzaktan kontrol edilebiliyor ve farklı mekanik işlevlerde kullanılabiliyor.
Araştırma sonuçları, Nature Materials dergisinde yayımlandı.

NASIL ÜRETİLDİ?

Ekip, önce elmas biçiminde bir paralelkenar şeklinde kesilmiş ince bir polimer tabaka oluşturdu. Ardından bu tabakanın orta kısmına paralel çizgiler keserek birbirine bağlı şeritler elde etti.
Üst ve alt kısımlardaki sağlam şeritlerin uçları birleştirildiğinde, tabaka kendiliğinden küresel bir Çin fenerine benzer biçime dönüştü.

İKİ KARARLI YAPI: FENER VE TOPAÇ

Çalışmanın yazarlarından Prof. Jie Yin, “Bu yapı çift kararlı bir sisteme sahip,” diyor. “Normalde fener formunda kararlıdır. Ancak yukarıdan bastırıldığında belirli bir noktaya kadar deforme olur ve sonra aniden ‘topaç’ benzeri ikinci bir forma geçer. Bu sırada sıkıştırma enerjisi içinde depolanır ve çekildiğinde tüm enerji bir anda serbest kalır; yapı hızla eski haline döner.”

Araştırmanın ilk yazarı Yaoye Hong’a göre, yapıya burulma, sıkıştırma veya katlama uygulandığında farklı kombinasyonlarda çok sayıda kararlı form ortaya çıkıyor. Bazı versiyonlar iki kararlı duruma sahipken, bazıları dört farklı kararlı forma geçebiliyor. Bu da yapının esnekliği ve enerji depolama kapasitesini artırıyor.

MANYETİK ALANLA UZAKTAN KONTROL

Araştırmacılar, fenerin alt kısmına ince bir manyetik film ekleyerek yapının manyetik alanla uzaktan sıkıştırılmasını veya bükülmesini sağladı.
Bu özellik, farklı uygulamaların önünü açtı:

• Balıkları zarar vermeden yakalayıp serbest bırakabilen manyetik tutucular,

• Akışkan geçişini kontrol eden su altı filtreleri,

• Çökmüş boruları açmak için yukarı doğru genişleyebilen mekanik destek yapıları geliştirildi.

GEOMETRİ VE ENERJİ MODELİ

Ekip ayrıca, yapının davranışını öngörebilmek için geometrik açıların şekil değişimi ve enerji depolaması üzerindeki etkisini açıklayan bir matematiksel model oluşturdu.
Hong, “Bu model sayesinde, hangi açının hangi şekli oluşturacağını, ne kadar kararlı olacağını ve potansiyel enerjinin kinetik enerjiye nasıl dönüşeceğini önceden hesaplayabiliyoruz,” diyor.

Prof. Yin, bu yapıların gelecekte 2D ve 3D mimarilerde birleştirilerek şekil değiştirebilen mekanik metamaterial ve yumuşak robotik sistemlerde kullanılabileceğini belirtiyor.