به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از IE، فرامواد که به طور مصنوعی مهندسی می‌شوند دارای ویژگی‌های منحصر به فردی هستند که در مواد طبیعی مشاهده نمی‌شود. 

اکنون گروهی از مهندسان دانشگاه پرینستون با ترکیب هنر برش و تا کردن کاغذ، ساختار‌های سه بعدی خلاقانه‌ای را از یک تکه ماده خلق کرده‌اند. 

آنها ساختار‌های سه بعدی با «انعطاف پذیری قابل تنظیمی» را توسعه داده‌اند که می‌توانند صدا و نور را کنترل کنند؛ پیشرفتی که دنیایی از امکانات را در زمینه‌هایی مانند آکوستیک، اپتیک و رباتیک باز می‌کند.

هنر برش و تا کردن کاغذ 

محققان از روش برش کاغذ (کیریگامی) برای ایجاد برش‌هایی روی یک ورق کاغذ استفاده کردند که منجر به ایجاد یک سطح پیچیده با سوراخ‌های متعدد (سطحی با جنس بالا) شد. سپس، از اصول اوریگامی برای تا کردن این ورق برش خورده به یک ساختار سه بعدی استفاده کردند.

«شیانگ‌شین دانگ» «Xiangxin Dang» پژوهشگر پسا دکتری و مجری این تحقیقات گفت: «ترکیب این دو رشته به سادگی بریدن و تا کردن یک تکه کاغذ نیست بلکه شامل تعادل دقیق بین این دو ایده است.»

تمرکز اصلی این مطالعه شامل بررسی اصول ریاضی است که بر تعامل بین الگو‌های برش و تاشدن حاکم است. تعادل دقیق بین برش‌ها و تاخوردگی‌ها در این روش، شبکه‌ای از اشکال به هم پیوسته را ایجاد می‌کند.

این اشکال به هم پیوسته، که مانند لولا عمل می‌کنند، ساختار‌های سه بعدی می‌سازند که می‌توانند انعطاف پذیری خود را در پاسخ به نیرو‌های خارجی مانند فشار تنظیم کنند.

مجریان این طرح می‌گویند این سازگاری باعث می‌شود ساختار‌هایی ایجاد شوند که در یک جهت سخت و در جهت دیگر انعطاف پذیر باشند. علاوه بر این، انعطاف پذیری آنها را می‌توان به سادگی با پیچاندن ساختار تغییر داد، که این کار هندسه آن را تغییر می‌دهد.

مدار‌های هندسی

این مهندسان توانستند نحوه حرکت صدا و نور را با برش و تا کردن دقیق کاغذ، مانند ایجاد «مدار‌های هندسی» ویژه برای آنها، کنترل کند.

نکته جالب آنکه، ساختار‌های طراحی شده می‌توانند برای ایجاد «قطبیت» استفاده شوند به این معنی که توانایی هدایت جریان چیزی (مانند صدا یا نور) در جهت خاصی فراهم می‌کنند. 

این فرامواد از پیکربندی‌های هندسی منحصر‌به‌فرد خود برای دستیابی به این کنترل جهت دار استفاده می‌کنند.

با تحقیقات بیشتر، می‌توان از این روش برای ایجاد مدار‌های هندسی با قابلیت هدایت امواج صوتی استفاده کرد.

پروفسور «گلاوسیو پائولینو» «Glaucio Paulino»، سرپرست این گروه تحقیقاتی گفت: «این ساختار تنها از یک قطعه تشکیل شده است، که کار با آن را آسان‌تر می‌کند و احتمال خطا در فرآیند تولید را کاهش می‌دهد.»

وی افزود: «با ترکیب برش‌ها و تاخوردگی‌ها در سطوح با جنس بالا، می‌توانیم قطبیت را به یک ساختار تا شده و قابل تنظیم وارد کنیم که در نهایت، می‌تواند در اپتیک و نیمه هادی‌ها استفاده شود.»

این پژوهش از یک آزمایش اولیه ناموفق با یک ساختار تا‌شده آغاز شد. با این حال، نتایج غیرمنتظره این شکست، بینش‌های ارزشمندی ارائه کرد که محققان را به سمت یک رویکرد جدید هدایت کرد و در نهایت به آنها امکان داد تا قطبیت را به ساختار‌های سه‌بعدی اضافه کنند.

پائولینو اظهار داشت: «وقتی ایده‌ای دارید، در بیشتر مواقع آن ایده جواب نمی‌دهد. اما گاهی اوقات، وقتی اشتباه می‌کنید، چیز جالبی خلق می‌شود.» 

نتایج این تحقیقات در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.