هواپیما‌های تغییر شکل دهنده داستان‌های علمی-تخیلی واقعی می‌شوند

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل ازIE، محققان موسسه ملی علوم مواد (NIMS) در ژاپن نوعی آلیاژ بسیار انعطاف پذیر را از فلزات تیتانیوم و نیکل ساخته اند که می‌تواند جزء حیاتی مورد نیاز برای ساخت هواپیما‌های تغییر شکل دهنده یا ماهیچه‌های مصنوعی فوق العاده قوی باشد.

این آلیاژ که استحکام فولاد را دارد در صورت تغییر شرایط محیطی می‌تواند مانند لاستیک کشیده شود. 

هواپیما‌های تغییر شکل دهنده هنوز در داستان‌های علمی تخیلی هستند. دانشمندان تلاش کرده اند ماده‌ای بسازند که آنقدر انعطاف پذیر باشد که تغییر شکل دهد و از سویی آنقدر مستحکم باشد که در برابر سختی‌های پرواز مقاومت کند. 

پیش از این هرگز هر دو قابلیت استحکام و انعطاف پذیری به طور همزمان وجود نداشته و یکی به قیمت دیگری به دست آمده است. در حالی که یک هواپیمای انعطاف پذیر و تغییر شکل دهنده می‌تواند مزایایی از جمله بهره وری انرژی بالاتر و حمل و نقل سریع‌تر را به ارمغان بیاورد، نمی‌توان با به خطر انداختن ایمنی مسافران با استفاده از موادی که استحکام مناسبی ندارد، به این منافع دست یافت. 

اکنون پژوهشگران مؤسسه ملی علوم مواد (NIMS) در ژاپن راهی برای دستیابی به استحکام و انعطاف پذیری در یک ماده بدون ایجاد هیچ گونه نقطه ضعف دیگری یافته اند.

آلیاژ تیتانیوم نیکل

تحقیقات قبلی در این زمینه مشخص کرده است که یک آلیاژ ساخته شده از تیتانیوم و نیکل بسیار بیشتر از سایر آلیاژ‌های فلزی، دارای خواص ویژه‌ای از جمله کشش است و می‌تواند شکل جدید خود را حفظ کند. هنگامی که دمای آلیاژ افزایش می‌یابد، می‌تواند به شکل اولیه خود بازگردد. 

در حالی که این ماده، آلیاژ را به یک گزینه عالی برای ساخت هواپیمای تغییر شکل دهنده تبدیل می‌کند، اما محققان در استفاده از آن با موانعی مواجه شدند.

این آلیاژ، اگرچه قوی و انعطاف پذیر است، اما این ویژگی‌ها را فقط در دما‌های خاص نشان می‌دهد که کاربرد‌های آن را به شدت محدود می‌کند. یک گروه تحقیقاتی به سرپرستی «شیائوبینگ رن» «Xiaobing Ren» استاد NIMS، روشی سه مرحله‌ای ابداع کردند تا آلیاژ این ویژگی‌ها را در طیف وسیعی از دما‌ها نشان دهد. 

فرایند سه مرحله‌ای 

محققان ابتدا آلیاژ را تغییر شکل دادند و طول آن را بیش از ۵۰ درصد افزایش و سپس آن را تا ۵۷۲ فارنهایت (۳۰۰ درجه سانتیگراد) حرارت دادند و یک بار دیگر طول آن را بیشتر کردند.

در مرحله نهایی، محققان آلیاژ را تنها ۱۲ درصد کشیدند، اما در پایان فرآیند، این ماده قادر به تحمل فشاری حدود ۱۸ هزار برابر بیشتر از فشار معمولی اتمسفر شد. عملکرد استحکام این آلیاژ قابل مقایسه با فولاد است و در عین حال ۲۰ برابر از آلیاژ معمولی انعطاف پذیرتر. 

مهمتر از همه، آلیاژ تیتانیوم نیکل اکنون این رفتار را در محدوده دمایی منفی ۱۱۲ فارنهایت تا ۱۷۶ فارنهایت (منفی ۸۰ درجه تا ۸۰ درجه سانتیگراد) نشان می‌دهد. 

رن گفت: این آلیاژ این ویژگی‌ها را نشان می‌دهد، زیرا بیشتر شبیه شیشه عمل می‌کند تا فلز. با این حال، در مقایسه با شیشه معمولی، آلیاژ دارای مناطقی است که دارای «دانه» تغییر شکل است. 

به زبان ساده تر، آلیاژ دارای مناطقی است که مولکول‌ها به گونه‌ای چیده شده اند که به جای شکستن، تغییر شکل ماده را پشتیبانی می‌کنند. عدم وجود چنین دانه‌های تغییر شکل دهنده‌ای در شیشه باعث شکننده شدن آن می‌شود، در حالی که وجود آن باعث انعطاف پذیری بالایی این ماده می‌شود. 

از آنجایی که روش ساخت این ماده ساده است، می‌توان آن را به راحتی در آزمایشگاه‌های دیگر نیز تکرار کرد و همچنین برای پذیرش صنعتی در مقیاس بزرگ مناسب است. با این تحقیقات، بالاخره می‌توان کار ساخت هواپیما‌های تغییر شکل دهنده را آغاز کرد.

نتایج این تحقیقات در نشریه Nature منتشر شده است.