بایوهوم3D؛ نخستین خانه چاپ سه بعدی جهان با خاک اره و ذرت! (+فیلم و عکس)

بایوهوم3D می تواند مسائل مرتبط با کمبود نیروی کار و زنجییره تامین که موجب هزینه های بالا و محدود شدن عرضه مسکن ارزان می شوند را کاهش دهد...

عصر ایران - مرکز سازه ها و کامپوزیت های پیشرفته (Advanced Structures and Composites Center) دانشگاه مین رهبری ساخت بایوهوم3D (BioHome3D) در ارونو، مین را برعهده داشته است. این نخستین خانه چاپ سه بعدی شده جهان است که به طور کامل از مواد زیستی مانند آرد چوب، یا خاک اره ریز در ترکیب با چسبی از جنس ذرت ساخته شده است.

دانلود فیلم آن

این خانه چوبی لایه به لایه به صورت سه بعدی و با استفاده از یک چاپگر پلیمر صنعتی در مرکز سازه ها و کامپوزیت های پیشرفته دانشگاه مین چاپ شده است. با توجه به دقت بالای فرایند چاپ، این ساخت و ساز دارای ضایعات ساختمانی کمی بوده است.

این نمونه اولیه مسکونی 600 فوت مربعی (56 متر مربع) دارای کف ها، دیوارها، و سقف های چاپ سه بعدی شده از الیاف چوب و رزین های زیستی است. این خانه به طور کامل قابل بازیافت بوده و به خوبی عایق شده است.

با قدم گذاشتن به داخل خانه بایوهوم3دی، از همان ابتدا حسی گرم به صاحبان خانه خوش آمد می گوید. چوب چاپ سه بعدی شده دیوارها و سقف ها را به هم پیوند داده و یک منحنی شیب‌دار را شکل داده است. یک اتاق نشیمن، آشپزخانه، اتاق خواب و یک فضای کاری اختصاصی که در قسمت خواب مشترک است در این خانه وجود دارند. تعداد پنجره ها ممکن است زیاد نباشد، اما نورپردازی داخلی می تواند آن را جبران کند.

بایوهوم3D؛ مجهز به حسگرهای مختلف برای بررسی و آزمایش شرایط خانه

خانه بایوهوم3دی روی شالوده ای خارج از مرکز سازه ها و کامپوزیت های پیشرفته دانشگاه مین قرار دارد و به حسگرهای نظارت بر شرایط گرمایی، محیطی و ساختاری برای بررسی این که چه عملکردی در شرایط آب و هوایی سرد و منجمد ارائه می کند، مجهز شده است.

داده های جمع آوری شده می تواند به پژوهشگران در اصلاح طراحی و مواد کمک کند تا امکان تولید خانه هایی در آینده فراهم شود که توانایی سازگاری با تغییرات آب و هوایی را دارند. بایوهوم3دی می تواند به عنوان یک راه‌حل بالقوه برای بحران در حال رشد مسکن و کمبود نیروی کار در نظر گرفته شود.

بایوهوم3دی؛ امکان ساخت خانه هایی کم هزینه

بایوهوم3دی می تواند مسائل مرتبط با کمبود نیروی کار و زنجیره تامین که موجب هزینه های بالا و محدود شدن عرضه مسکن ارزان قیمت می شوند را کاهش دهد. همچنین، امکان ارائه برنامه تحویل سریع‌تر با استفاده از فناوری و مواد بکار گرفته شده در این خانه وجود دارد.

با استفاده از مواد اولیه فراوان، تجدیدپذیر و محلی و بکارگیری فرایندهای پیشرفته تولید و توسعه مواد، امکان ساخت خانه هایی کم هزینه که برای افراد کم درآمد قابل خریداری هستند، فراهم می شود. این در شرایطی است که می توان این خانه ها را هماهنگ با نیازها و خواسته های مالک شکل داد.

دانشگاه میشیگان و معرفی یک پاک کننده سطوح بسیار متفاوت/ ترکیب جادوئی چای و دارچین چه می کند؟! (+عکس)

دانشمندان معتقد هستند که این اختراع متمایز می تواند به زودی به یک سلاح نوین در نبرد چند صد ساله ما با میکروب ها تبدیل شود...

عصر ایران - محققان از قدرت ضد میکروبی ترکیب پلی اورتان با روغن های درخت چای و دارچین پرده برداشته اند. گفته می‌ شود که این فناوری جدید می تواند در عرض کمتر از یک سال فضاهای عمومی در آمریکا را کاملا ایمن سازی کند.

کانال عصر ایران در تلگرام

«این تصاویر بار میکروبی روی صفحه کلید کامپیوتر، تلفن همراه، تخته برش با گوشت مرغ خام در دو حالت روکش شده با فناوری جدید مورد نظر و بدون آن را نشان می دهند»

سلاحی نوین در برابر میکروب ها

دانشمندان معتقد هستند که این اختراع متمایز ممکن است به زودی به یک سلاح نوین در نبرد چند صد ساله ما با میکروب ها تبدیل شود: اولین پوشش فوق مقاومی که می تواند به سرعت باکتری ها و ویروس ها را از بین ببرد و برای ماه ها نیز به انهدام آنها ادامه دهد.

این محصول که توسط تیمی از مهندسان و ایمونولوژیست‌ های دانشگاه میشیگان ساخته شده، برای SARS-CoV-2 (کروناویروس سندرم حاد تنفسی 2 یعنی همان ویروسی که سبب کووید- 19 می ‌شود)، استافیلوکوک اورئوس مقاوم به متی سیلین، اشریشیا کلای و انواع پاتوژن‌ های دیگر کشنده بود. لازم به ذکر است که این فناوری 99.9 درصد میکروب‌ ها را حتی پس از ماه ‌ها تمیز کردن مکرر، ساییدگی و سایر اتفاقاتی که به طور معمول برای سطوح مورد استفاده مانند صفحه ‌کلید، نمایشگر تلفن‌ های همراه و تخته‌ های برش مرغ‌ رخ می دهند، از بین برد.

به گفته آنیش توتجا، پروفسور علوم و مهندسی مواد در دانشگاه میشیگان و یکی از نویسندگان مقاله منتشر شده در مجله Matter، این پوشش می‌ تواند در فضاهای عمومی مملو از پاتوژن ها مانند فرودگاه‌ ها و بیمارستان ‌ها تغییری بزرگ ایجاد کند. وی توضیح می دهد: ما هرگز روش مناسبی برای تمیز نگه داشتن سطوحی که دائما لمس می‌ شوند مانند صفحه ‌نمایش‌ های لمسی فرودگاه در اختیار نداشتیم.

پاک کننده های ضد عفونی کننده می توانند میکروب ها را تنها ظرف یک یا دو دقیقه از بین ببرند، اما به همین سرعت نیز تاثیر خود را از دست می دهند و سطوح را در برابر عفونت مجدد آسیب پذیر می سازند. البته مواد ضد باکتریایی با ماندگاری بالا هم وجود دارند که بر پایه فلزاتی مانند مس و روی هستند، اما ساعت ها طول می کشد تا باکتری ها را از بین ببرند. در نتیجه این پوشش بهترین گزینه ممکن را ارائه می دهد.

پوشش طراحی شده شفاف است و می توان آن را روی هر چیزی برس زد یا اسپری کرد. این محصول با ترکیب مواد آزمایش شده و واقعی به روشی جدید، دوام و قدرت انهدام میکروب ها را به دست آورده است.

به بیان دیگر داروی مد نظر از مولکول های ضد میکروبی مشتق شده از روغن درخت چای و روغن دارچین حاصل شده که هر دو قرن هاست به عنوان میکروب کش های ایمن و موثر کاربرد دارند و در کمتر از دو دقیقه عمل می کنند. دوام این پوشش ناشی از پلی اورتان، یک درزگیر سخت و لاک مانند است که معمولا روی سطوحی مانند کف و مبلمان استفاده می شود.

توتجا اضافه می‌ کند: ضد میکروبی هایی که ما آزمایش کردیم توسط FDA تحت عنوان «به طور کلی ایمن» طبقه‌ بندی می‌ شوند و برخی از آنها حتی به عنوان افزودنی ‌های غذایی تایید شده‌ اند. پلی اورتان نیز یک پوشش ایمن و بسیار رایج است. اما ما آزمایش سمیت را هم محض اطمینان بیشتر انجام دادیم و متوجه شدیم که ترکیب خاصی از مواد تشکیل دهنده ما حتی از بسیاری از ضد میکروبی های امروزی نیز ایمن تر است.

نتایج آزمایش ‌های مقاومت در این مطالعه نشان می‌ دهند که این نوع پوشش می‌ تواند به مدت شش ماه یا بیشتر قبل از شروع تبخیر روغن ها، میکروب‌ های بیماری زا را از بین ببرد. با این حال قدرت ضد عفونی‌ کنندگی این ترکیب به مرور کاهش می یابد. به گفته محققان پس از این بازه زمانی می توان آن را به کمک روغن تازه مجددا شارژ کرد. روغن جدید دوباره توسط سطح جذب و چرخه از نو شروع می شود.

توتجا تخمین می زند که این فناوری می تواند ظرف یک سال به صورت تجاری در دسترس همگان قرار بگیرد. مجوز آن را نیز Hygratek، یک شرکت اسپین آف که توتجا با کمک U-M Innovation Partnerships تاسیس کرده، دریافت کرده است.

چالش اصلی ترکیب روغن و پلی اورتان به گونه ای بود که به مولکول های روغن اجازه دهد کار میکروب کشی خود را انجام دهند و در عین حال از تبخیر سریع آنها جلوگیری به عمل آید.

تیم تحقیقاتی از راه حل هوشمندانه اتصال عرضی (کراس لینک) یا همان فرآیند شناخته‌ شده ای که از گرمایش برای اتصال مواد به یکدیگر در سطح مولکولی استفاده می ‌کند، بهره برده اند. مولکول های روغن کوچکتر به راحتی با مولکول های پلیمری اتصال عرضی برقرار کرده و یک ماتریس پایدار را تشکیل می دهند.

اما برای از بین بردن میکروب‌ ها، مولکول‌ های روغن باید به دیواره سلولی آنها نفوذ کنند و اگر بسیار محکم به ماتریکس متصل شده باشند، قادر به انجام این کار نیستند. از این رو تیم تحقیقات با پیوند نسبی به روشی برای غلبه بر این مشکل دست یافتند. پیوند مورد نظر به صورتی است که برخی از مولکول های روغن را برای انجام کار خود آزاد نگه می دارد، اما در عین حال تعدادی دیگر را محکم به پلی اورتان متصل می کند.

پس از اقدامات اولیه، محققان به دنبال یافتن ترکیبی از مواد فعال بودند که بتواند طیف گسترده ای از میکروب هایی که بیشتر انسان را مورد تهاجم قرار می دهند، از بین ببرد. در نهایت آنها دستور العمل دقیقی از مولکول های ضد میکروبی را پیشنهاد کردند که موثر، ایمن و ارزان بودند.

توتجا تاکید می کند که آنها خود را تنها به یک فرمول خاص محدود نکرده اند. درک تیم از ویژگی‌ های هر یک از مواد تشکیل دهنده آنها را قادر می‌ سازد تا فرمول اصلی را برای کاربردهای خاص تغییر دهند یا عوامل ضد میکروبی را مجددا تعدیل کنند تا میکروب‌ های بیشتری را از میان بردارند. گفتنی است که دانشگاه میشیگان برای ثبت اختراع بر اساس این فناوری اقدام کرده است. همانطور که اشاره شد توتجا و دانشگاه میشیگان هر دو منافع مالی در Hygratek دارند.

ساخت مایعی که می‌ تواند انرژی خورشیدی را برای دو دهه ذخیره کند

مایعی که انرژی خورشیدی را برای دو دهه ذخیره می‌کند

دانشمندان با تولید مایعی که می‌تواند انرژی خورشیدی را برای تقریباً دو دهه درون خود ذخیره کند، گام دیگری در راستای ذخیره طولانی مدت انرژی خورشیدی برداشتند.

به گزارش ایسنا و به نقل از آی‌ای، انرژی خورشیدی یکی از امیدوارکننده‌ترین جایگزین‌ها برای سوخت‌های فسیلی محسوب می‌شود. با این حال، برای پذیرش کامل این انرژی پایدار، هنوز چالش‌هایی وجود دارد که باید برطرف شوند. یکی از این چالش‌ها عدم توانایی در ذخیره طولانی مدت انرژی خورشیدی است. ذخیره سازی این انرژی برای اطمینان از دسترسی به آن حتی در هنگام تابش خورشید بسیار حیاتی است.

اکنون یک سری از مقاله‌های تحقیقاتی جدید در این زمینه امیدواری می‌دهند، زیرا در آنها رویکرد جدیدی برای ذخیره انرژی خورشید ترسیم شده است که قادر به ذخیره این انرژی به مدت ۱۸ سال است.

دانشمندان سوئدی در سال ۲۰۱۸ "سوخت گرمایی خورشیدی" را تولید کردند؛ مایعی خاص که طبق گزارشها می‌تواند انرژی گرفته شده از خورشید را تا ۱۸ سال درون خود ذخیره کند و نگه دارد.

"جفری گروسمن" مهندسی که با این مواد در موسسه فناوری ماساچوست(MIT) کار می‌کند، توضیح داد: یک سوخت گرمایی خورشیدی شبیه به یک باتری قابل شارژ است، اما شما به جای برق، نور خورشید را وارد آن می‌کنید و گرما دریافت می‌کنید.

اکنون بیش از یک سال است که این مایع توسط دانشمندان دانشگاه فناوری "چالمرز" در سوئد در دست تولید است.

این سوخت گرمایی خورشیدی موسوم به "MOST" که مخفف کلمات "سیستم ذخیره انرژی گرمایی خورشیدی مولکولی" است، به صورت دَوّار کار می‌کند. یک پمپ، سوخت گرمایی خورشیدی را در لوله‌های شفاف می‌چرخاند. وقتی نور خورشید با این سوخت تماس پیدا می‌کند، پیوندهای بین اتم‌های آن بازآرایی می‌شوند و به یک ایزومر(ترکیباتی با فرمول شیمیایی یکسان اما با فرمول ساختاری متفاوت) غنی از انرژی تبدیل می‌شوند. انرژی خورشید سپس بین پیوندهای شیمیایی قوی ایزومرها گرفتار می‌شود.

انرژی خورشیدی به شکلی باورنکردنی در آنجا گیر می‌افتد و حتی وقتی مولکول تا دمای اتاق سرد می‌شود نیز آزاد نمی‌شود. اما برای استفاده از این انرژی به دام افتاده، مایع در یک کاتالیزور (که آن هم توسط تیم تحقیق توسعه یافته است) جریان می‌یابد و واکنشی ایجاد می‌کند که مایع را تا ۱۱۳ درجه فارنهایت(۶۳ درجه سانتیگراد) گرم می‌کند. این کار، مولکول را به شکل اولیه خود برمی‌گرداند و انرژی خورشیدی به دام افتاده را به شکل گرما آزاد می‌کند.

محققان می‌گویند هنگامی که تقاضای انرژی وجود دارد، می‌توان از این مایع غنی از انرژی برای تأمین انرژی آبگرمکن‌های ساختمانی، ماشین‌های ظرفشویی، خشک‌کن البسه و موارد دیگر استفاده کرد. همچنین این مایع می‌تواند کاربردهای صنعتی از جمله گرمای لازم برای پخت و پز، استریلیزاسیون، سفید کنندگی و تقطیر نیز داشته باشد.

سپس این مایع دوباره به درون جمع کننده گرمایی خورشیدی پمپ می‌شود تا دوباره مورد استفاده قرار گیرد.

محققان تاکنون این مایع را بیش از ۱۲۵ بار بدون آسیب قابل توجه به ساختار مولکولی آن مورد استفاده قرار داده‌اند.

"کسپر موث-پولسن" رهبر تیم تحقیقاتی و استاد گروه شیمی و مهندسی شیمی دانشگاه "چالمرز" گفت: محاسبه کرده‌ایم که این سوخت در نقطه اوج خود می‌تواند تا ۲۵۰ وات ساعت انرژی در هر یک کیلوگرم ذخیره کند که این تقریباً دو برابر ظرفیت انرژی باتری‌های تسلا موسوم به "پاوربال"(Powerwall) است.

از اواخر سال ۲۰۲۰ یک پروژه از جانب اتحادیه اروپا به هدایت تیمی از محققان دانشگاه "چالمرز" برای توسعه نمونه‌های اولیه از این فناوری برای کاربردهای گسترده مشغول کار است. به این پروژه ۴.۳ میلیون یورو از طرف اتحادیه اروپا اعطا شده است و ۳.۵ سال ادامه خواهد داشت.

"کسپر موث-پولسن" می‌گوید: با این بودجه، توسعه‌ای که اکنون می‌توانیم در پروژه "MOST" انجام دهیم ممکن است به راه حل‌های جدید خورشیدی و بدون آلاینده برای گرمایش در مصارف مسکونی و صنعتی منجر شود. این پروژه در مرحله بسیار مهم و مهیجی قرار دارد.

محققان همچنین از این فناوری در یک نوار درزگیر پنجره استفاده کرده‌اند تا دما را درون خانه در روزهای گرم یکنواخت کند. استفاده از این مولکول در پرده‌ها و پنجره‌ها از هم اکنون توسط یک شرکت به نام "Solartes AB" آغاز شده است.

محققان معتقدند این فناوری می‌تواند طی ۱۰ سال آینده مورد استفاده تجاری قرار گیرد.

چاپ مستقیم حسگرها روی پوست انسان

محققان "موسسه فناوری هاربین" چین در مطالعه اخیرشان از چاپ حسگرهایی به صورت مستقیم بر روی پوست انسان خبر داده‌اند.

به گزارش ایسنا و به نقل از تک اکسپلوریست، فناوری پوشیدنی از فناوری‌های کاربردی هستند که می‌توانند بر سلامت افراد نظارت کنند و داده‌های ارزشمندی را جمع آوری کنند. این فناوری طی سال‌های آینده و با توجه به افزایش علاقه جامعه علمی به آن پیشرفت چشمگیری خواهد داشت. اکنون یک تیم بین‌المللی از محققان با چاپ حسگرهای مستقیم بر روی پوست انسان و بدون گرما، گامی مهم در جهت پیشرفت این فناوری برداشته‌اند.

"لینگ ژانگ"(Ling Zhang) نویسنده ارشد این مطالعه از  موسسه فناوری "هاربین" در چین و آزمایشگاه چنگ گفت: در این مقاله با استفاده از روش کاربردی "سینترینگ"(sintering) موفق به چاپ مستقیم حسگر روی پوست بدن شده‌ایم.

در مطالعات گذشته، دانشمندان صفحه مدار چاپی انعطاف پذیر برای استفاده در حسگرهای پوشیدنی ایجاد کرده بودند اما چاپ مستقیم آن روی پوست به دلیل فرآیند اتصال قطعات فلزی حسگر مشکل بود. این فرآیند با نام تف‌جوشی یا سینترینگ شناخته می‌شود و معمولاً به حدود ۵۷۲ درجه فارنهایت - ۳۰۰ درجه سانتیگراد – دما برای اتصال نانوذرات نقره حسگر به یکدیگر نیاز دارد.

تف‌جوشی یا سینترینگ(Sintering) یکی از روش‌های شکل‌دهی مواد فلزی و سرامیکی است. تف‌جوشی چسباندن یا چسبیدن ذرات یک یا چند ماده به یکدیگر از طریق ذوب سطحی بر اثر حرارت، همراه با فشار یا بدون آن، به‌ طوری‌ که به صورت یک توده جامد(solid mass) درآیند.

مسئله این است که سطح پوست نمی‌تواند چنین دمای زیادی را تحمل کند. برای حل این مسئله، دانشمندان یک لایه کمکی برای تف جوشی ارائه دادند که به پوست آسیب نمی‌رساند و می تواند در دمای پایین تر، مواد را به هم متصل کند. با افزودن یک ذره نانو به مخلوط، ذرات نقره در دمای پایین تری در حدود ۲۱۲ فارنهایت(۱۰۰ درجه سانتیگراد) تف جوش می‌شوند. ژانگ گفت از این روش می‌توان برای چاپ حسگرها روی لباس و کاغذ نیز استفاده نمود. این لایه تف جوش متشکل از خمیر پلی وینیل الکل و کربنات کلسیم است که پوسته تخم مرغ را تشکیل می‌دهد. این لایه ناهمواری‌های سطح چاپ را کاهش می‌دهد و اجازه می‌دهد تا یک لایه فوق العاده نازک از الگوهای فلزی ایجاد شود که می‌تواند با حفظ قابلیت‌های الکترومکانیکی خم و جمع شود.

هنگامی که حسگر چاپ می‌شود، محققان از یک دمنده هوا مانند سشوار خنک شده برای حذف آب استفاده شده به عنوان حلال در جوهر استفاده می‌کنند. حسگرها قادر به ثبت دقیق و مداوم دما، رطوبت، سطح اکسیژن خون و سیگنال‌های عملکرد قلب هستند. این حسگر برای چند روز قوی و ضدآب است اما دوش آب گرم به راحتی آن را از بین می‌برد. همچنین قابل ذکر است این حسگر علاوه بر آنکه به پوست آسیب نمی رساند قابل بازیافت نیز است. دانشمندان در حال برنامه ریزی برای تغییر این فناوری برای ایجاد برنامه‌های خاص هستند و تمایل دارند حسگری مجزا برای نظارت بر علائم خاص مرتبط با کووید-۱۹ توسعه دهند.

ساخت پهپادی که می‌تواند تا ۲۰ کیلوگرم وزن را بلند کند

یک شرکت هلندی نوعی پهپاد تولید کرده که می‌تواند تا ۲۰ کیلوگرم بار را حمل کند.

به گزارش ایسنا و به نقل از نیواطلس، شرکت هلندی "Acecore Technologies" یک هگزاکوپتر به نام "نوآ"(Noa) تولید کرده که می‌تواند تا ۲۰ کیلوگرم وزن را بلند کند.

این هگزاکوپتر دارای شش پروانه ۲۸ اینچی(۷۱۱ میلی‌متر) است که با فیبر کربن تقویت شده و اسکلت آن کربنی است.

برای محافظت این پهپاد از باران شش موتور آن به طرز وارونه جای‌گذاری شده‌اند.

در نتیجه، نوآ می‌تواند زیر بارش‌هایی که باعث جمع شدن ۹ میلی‌متر آب در ساعت می‌شود نیز پرواز کند. به علاوه، بازوهای پروانه تو خالی آن برای تسهیل عبور جریان خنک در سراسر پهپاد طراحی شده‌اند.

این سیستم باعث می‌شود "نوآ" در دمای ۵۰ درجه سانتی‌گراد هم قابل استفاده باقی بماند.

بازوها و پایه‌های پهپاد می‌تواند برای حمل‌ونقل با دست جدا شود.

مجموعا چهار بسته باتری لیتیومی قابل شارژ در پهپاد به کار گرفته شده و سازندگان آن مدعی شدند که این پهپاد می‌تواند بدون بار تا یک ساعت پرواز کند.

این زمان هنگامی‌ که پهپاد باری مانند یک دوربین حمل می‌کند، به ۴۰ دقیقه کاهش پیدا می‌کند.

اگر تجهیزات فیلمبرداری ۱۲ کیلوگرمی به پهپاد متصل شده باشد، زمان طی مسافت توسط آن به ۲۵ دقیقه می‌رسد.

تولیدکنندگان فیلم، نقشه برداران زمین‌، بازرسان برق و سایر افراد می‌توانند نوآ را سفارش دهند.