محققان ماده‌ای انعطاف پذیر طراحی کرده‌اند که می‌تواند راه را برای توسعه سازه‌های فضایی سازگار هموار کند.

به نقل از اسپیس، در موجودات زنده، ساختارها از الگوهای ساده و قابل تکرار ساخته می‌شوند. این الگوها اغلب به شکل یک شبکه نامرتب ظاهر می‌شوند. ساختارهای بزرگ، مانند استخوان‌ها یا مرجان‌ها، از دوره‌های تکرار شونده رشد یک الگوی اساسی پدید می‌آیند که خود به شکلی تصادفی ساخته می‌شوند.

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. مهمتر از همه، این ساختارها اغلب دارای خواصی هستند که واحد شبکه زیرین آن‌ را ندارد. برای مثال، تک تک سلول‌های استخوانی یا اسکلت‌های پولیپ مرجانی خیلی قوی نیستند، اما وقتی با هم کار می‌کنند، می‌توانند از حیوانات بزرگ یا مستعمرات غول‌پیکر زیر آب حمایت کنند.

مهندسان با الهام از طبیعت، به دنبال تکرار این انعطاف پذیری با مواد طراحی شده توسط انسان بوده‌اند. هدف آنها، ساختن مواد مفیدی بوده است 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 ساختارهایی هستند که می‌توانند شکل یا خواص خود را از طریق اعمال یک نیروی خارجی ساده، مانند میدان الکتریکی یا فشرده سازی، تغییر دهند.

این نوع مواد به طور خاص برای کاربرد در فضا جالب هستند. ما دوست داریم محموله‌ای از مواد ساده را به فضا پرتاب کنیم و سپس آن مواد را در فضا جمع‌آوری و دوباره سرهم کنیم. این امر از چالش‌های آزمایش و مقاوم‌سازی ساختارهای پیچیده و بزرگ مانند زیستگاه‌ها و تلسکوپ‌ها جلوگیری می‌کند و به ما انعطاف‌پذیری می‌دهد تا در صورت به‌روزرسانی نیازهای ماموریت، آن ساختارها را تغییر دهیم.

یک نوع امیدوارکننده از فراماده به عنوان شبکه توتیمورفیک(totimorphic) شناخته می‌شود. جزء اصلی این شبکه یک سازه مثلثی است. هنگامی که تعداد زیادی از این اشکال به یکدیگر متصل می‌شوند، ساختار به دست آمده می‌تواند به طیف گسترده‌ای از اشکال و ساختارها تبدیل شود. این موضوع به شبکه توتیمورفیک، انعطاف‌پذیری باورنکردنی می‌دهد.

در مقاله‌ای جدید، دانشمندان با گروه مفاهیم پیشرفته آژانس فضایی اروپا جهشی بزرگ در پیشبرد شبکه‌های توتیمورفیک از یک ایده فرضی به کاربردهای عملی داشتند. یک سوال مهم در مورد این شبکه‌ها این بود که چگونه می‌توان یک ساختار بزرگ را به شکلی دیگر بدون گره خوردن شبکه، پیکربندی کرد و چگونه می‌توان آن را تا حد امکان به نحو احسن 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 انعطاف پذیر با شبکه‌های توتیمورفیک، طراحی کردند. 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 استراتژی‌های رصد بهینه برای اهداف مختلف، تطبیق داده شود.

با این حال، این مطالعه هنوز در مرحله مقدماتی است. شبکه‌های توتیمورفیک هنوز فرضی هستند. ما در واقع هیچ یک از این مواد را نداریم که بتوان در دستان خود نگه داشت، چه برسد به اینکه در تلسکوپ‌های فضایی استفاده شوند. اما این تحقیق برای پیشبرد بشریت به فضا بسیار مهم است. هزینه و دشواری پرتاب مواد به فضا به این معنی است که ما به ساختارهای منعطف و سازگاری نیاز داریم که پرتاب آن ارزان و به کارگیری آن آسان باشد.

با الهام گرفتن از طبیعت و بررسی خواص شگفت‌انگیز فرامواد، ممکن است به اهداف فضایی آینده‌نگرانه خود نزدیک‌تر شویم.