اختراع سیستم جدیدی که دمای خود را به طور پویا با محیط تنظیم می کند

به گزارش سیناپرس، محققان یک سیستم مصنوعی ایجاد کرده اند که مشابه موجودات زنده، به تغییرات محیطی پاسخ می دهد و از یک حلقه بازخورد برای حفظ شرایط داخلی خود استفاده می کند. این امر، علاوه بر پایدار نگه داشتن شرایط مواد، امکان ساخت مکانیسم ‌هایی را فراهم می ‌کند که به طور پویا به محیط واکنش نشان می ‌دهد، یک ویژگی مهم برای مواد تعاملی و رباتیک نرم.

سیستم های زنده، از سلول های منفرد گرفته تا موجودات، از سیستم های بازخورد برای حفظ شرایط خود استفاده می کنند. به عنوان مثال، وقتی که ما خیلی احساس گرما می کنیم بدن ما شروع به عرق کردن می کند و سیستم های مختلف بدن تلاش می کنند تا فشار خون و مواد شیمیایی را در محدوده مناسب نگه دارند. این سیستم های هموستاتیک، موجودات زنده را قادر به مقابله با تغییرات محیطی، می کنند.

با این که بازخورد، در برخی از سیستم ‌های مصنوعی مانند ترموستات ‌ها بسیار مهم است، اما این سیستم ها از سازگاری پویا و استحکام سیستم ‌های هموستاتیک موجودات زنده برخوردار نیستند.

اکنون، محققان دانشگاه آلتو و دانشگاه تامپره سیستمی از مواد را طراحی کرده اند که قادر است وضعیت خود را به شیوه ای مشابه سیستم های زنده حفظ کند. سیستم جدید از دو ژل کنار هم با خواص متفاوت تشکیل شده است. فعل و انفعالات بین ژل ها باعث می شود که این سیستم، به طور هموستاتیک به تغییرات محیطی، پاسخ دهد و هنگامی که توسط لیزر تحریک می شود دمای خود را در بازه محدودی حفظ می کند.

محققان گفته اند: بافت‌ های موجودات زنده معمولاً نرم و الاستیک هستند. ژل های مورد استفاده در سیستم ما نیز به همین شکل هستند. این ژل ها، در واقع پلیمرهای نرمی هستند که در آب متورم شده‌ اند و می ‌توانند به طرز شگفت ‌انگیزی به محرک‌ های محیطی پاسخ دهند.

نحوه عملکرد این سیستم به گونه ای است که، لیزر به درون ژل اول تابیده می شود و سپس از طریق آینه به ژل دوم می جهد و در آنجا نانوذرات طلای معلق را گرم می کند. گرما از طریق ژل دوم به ژل اول منتقل می شود و دمای آن را افزایش می دهد. ژل اول فقط زمانی شفاف است که دمای آن پایین تر از یک اندازه خاص باشد. هنگامی که دمای این ژل افزایش می یابد، شفافیت خود را نیز از دست می دهد.

این تغییر، مانع از رسیدن لیزر به آینه و گرم شدن ژل دوم می شود. بنابراین دو ژل، به تدریج دمای خود را از دست داده و خنک می شوند تا ژل اول دوباره شفاف شود؛ در این مرحله، لیزر دوباره از آن عبور می کند و فرآیند گرم شدن از نو آغاز می شود.

به گزارش سیناپرس، نحوه چیدمان و آرایش لیزر، ژل و آینه یک حلقه بازخورد ایجاد می کند که ژل ها را در دمای خاصی نگه می دارد. در دماهای بالاتر، لیزر مسدود می شود و نمی تواند نانوذرات طلا را گرم کند. در دماهای پایین تر، ژل اول شفاف می شود، بنابراین لیزر می تواند از آن عبور کرده و ذرات طلا را گرم کند.

سپس محققان در بالای سیستم بازخورد، محرک ‌های پاسخگوی لمسی قرار دادند. برای انجام این کار، پژوهشگران از اجزای مکانیکی استفاده کردند که به تغییرات دما پاسخ می دهند. لمس سیستم ژل به روش صحیح، آن را از حالت ثابت خارج می کند و در نتیجه تغییر دما باعث تغییر شکل جزء مکانیکی می شود. پس از آن، همه چیز به حالت اولیه خود باز می گردد.

دانشمندان اظهار داشته اند، مواد الهام‌ گرفته از زیست، الگوی جدیدی را برای تولید مواد پویا و سازگار ارائه می‌ دهند که طی سال ‌های آینده، محققان زیادی را به خود جذب خواهند کرد. سیستم‌ هایی که با دقت طراحی شده ‌اند تا برخی از رفتارهای اساسی موجودات زنده را تقلید کنند، راه را برای مواد هوشمند و روباتیک نرم تعاملی، هموار خواهند کرد.

به گزارش سیناپرس، یافته های تحقیقاتی در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده اند.

ترجمه: سنا دلفیه

No tags for this post.