همشهری آنلاین/دانشمندان با استفاده از یک رویکرد کاملاً متفاوت، موفق به ساخت ماده‌ای شده‌اند که ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی‌اش ده‌ها برابر بیشتر از نمونه‌های قبلی است.

انقلابی در ذخیره‌سازی انرژی

در دنیایی که هر گرم انرژی ارزشمند است، تیمی از پژوهشگران بین‌المللی، انقلابی در طراحی مواد مکانیکی رقم زده‌اند. آن‌ها با الهام از یک ایده خلاقانه و ساده‌انگارانه یعنی پیچ‌دادن میله‌ها موفق به تولید ماده‌ای شده‌اند که می‌تواند تا ۱۶۰ برابر بیشتر از نمونه‌های قبلی انرژی کشسانی ذخیره کند؛ کشفی که ممکن است مسیر آینده ربات‌ها، ابزارهای جذب شوک و ماشین‌های نسل بعد را تغییر دهد.




یک گام بزرگ در ذخیره‌سازی انرژی مکانیکی
گروهی از پژوهشگران بین‌المللی موفق به ساخت نوعی جدید از مواد فراماده مکانیکی شده‌اند که توانایی خارق‌العاده‌ای در ذخیره و آزادسازی انرژی کشسانی دارند. آنها با پیچاندن میله‌ها به شکلی مارپیچ و تلفیق آن‌ها در ساختاری مهندسی‌شده، موفق شده‌اند محدودیت‌های طراحی‌های پیشین را پشت سر بگذارند. در نتیجه دستیابی به «آنتالپی» یعنی میزان انرژی ذخیره‌شده تا ۱۶۰ برابر بیشتر از مواد موجود به دست خواهد آمد.

مواد فراماده و ایده‌ای ساده اما مؤثر
ذخیره‌سازی انرژی مکانیکی یکی از پایه‌های فناوری‌های مدرن است؛ از فنرها برای جذب ضربه گرفته تا اجزای انعطاف‌پذیر در رباتیک. آنتالپی که نشان‌دهنده میزان انرژی قابل‌ذخیره و بازیابی در یک ماده است، همواره چالشی بزرگ در طراحی این مواد بوده است.

پروفسور پیتر گومبش از مؤسسه فناوری کارلسروهه آلمان می‌گوید: ترکیب سه ویژگی متضاد—سختی بالا، مقاومت زیاد، و تغییرشکل‌پذیری برگشت‌پذیر بسیار دشوار است.



اسرار شکست مارپیچی

درحالی‌که فنرهای معمولی با خم‌شدن کار می‌کنند و بخش داخلی آن‌ها عملاً بلااستفاده باقی می‌ماند، پژوهشگران این بار به سراغ پیچش رفتند. آنها دریافتند پیچاندن میله‌ها به‌جای خم‌کردن، تنش را به طور یکنواخت‌تری توزیع می‌کند و فضای بیشتری برای ذخیره انرژی فراهم می‌سازد.

با افزایش پیچش و ایجاد الگوی مارپیچ پیچیده‌ای موسوم به « شکست مارپیچی»، توانستند بدون آسیب‌زدن به ماده، بیشینه انرژی را در آن ذخیره کنند.




از آزمایش تا رکوردشکنی در آنتالپی
این تیم موفق شد میله‌های پیچ‌خورده را در قالب فراموادی با ساختارهای متقارن قرار دهد و آن‌ها را تحت آزمایش‌های فشاری ساده آزمایش کند. در نتیجه آنتالپی ماده ساخته‌شده بین ۲ تا ۱۶۰ برابر بیشتر از دیگر مواد مشابه بود. این مقدار بی‌سابقه‌ای از ذخیره‌سازی انرژی مکانیکی در چنین ساختاری است.



کاربردهایی فراتر از تصور
پروفسور گومبش می‌گوید: این مواد جدید با توان بالای ذخیره‌سازی انرژی کشسانی می‌توانند در حوزه‌های متعددی کاربرد داشته باشند؛ از ذخیره انرژی فنری و جذب ضربه گرفته تا اجزای منعطف در رباتیک یا ماشین‌های با بازدهی بالا.

همچنین، این پیچش‌ها می‌توانند به‌عنوان مفاصل کاملاً الاستیک بدون نیاز به قطعات مکانیکی سنتی مورد استفاده قرار گیرند.

نگاهی به آینده‌ای پرپیچ‌وتاب اما پربازده
این دستاورد علمی نشان می‌دهد با نگاهی متفاوت به اصول اولیه فیزیک، می‌توان جهش‌های بزرگی در فناوری ایجاد کرد. فراماده‌ای که از دل یک پیچش ساده سر برآورده، ممکن است به یکی از ارکان اصلی ربات‌های آینده و ماشین‌های هوشمند بدل شود. اگرچه هنوز راهی برای تجاری‌سازی کامل این مواد در پیش است، اما آنچه مسلم است، پیچش مسیر علم گاهی بزرگ‌ترین جهش‌ها را رقم می‌زند.