واحد مشترک کمکی پژوهش و مهندسی «هوش یار-تواندار»     (HT-CSURE)

واحد مشترک کمکی پژوهش و مهندسی «هوش یار-تواندار» (HT-CSURE)

Hooshyar-Tavandar Common Subsidiary Unit for Research & Engineering
واحد مشترک کمکی پژوهش و مهندسی «هوش یار-تواندار»     (HT-CSURE)

واحد مشترک کمکی پژوهش و مهندسی «هوش یار-تواندار» (HT-CSURE)

Hooshyar-Tavandar Common Subsidiary Unit for Research & Engineering

ساخت جلیقه ضدگلوله با الهام از سه جانور

پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست(MIT) با استفاده از مواد اولیه موجود در دنیای حیواناتی همچون صدف، نیزه ماهی و عنکبوت به دنبال ساخت جلیقه ضد گلوله مقاوم و ارزان‌قیمت هستند.

به گزارش ایسنا و به نقل از پاپیولار ساینس، دنیای حیوانات مملو از زره‌های با ساختار گوناگون و البته قدرتمند است که برای محافظت از بدن جانوران در برابر عوامل طبیعی و شکارچیان تمایز یافته است.

فرانکویس بارسلت، مهندس مکانیک در مورد هدف از این مطالعات جدید گفت: تنوع سیستم‌های دفاعی در دنیای حیوانات به ویژه حشرات محققان را بر آن داشت تا با انتخاب سه سیستم دفاعی برتر، جلیقه ضدگلوله جدید را طراحی کنند.

وی در ادامه افزود: مطالعات ما نشان داد که حیوانات با به کارگیری سه روش اساسی از خود محافظت می‌کنند. اولین روش بزرگ کردن اندازه فلس‌های بدن مثل ماهی کمیاب موسوم به "نیزه‌ماهی" است که دارای بدن پوشیده از فلس‌های بسیار مقاوم و غیرقابل نفود است، به‌طوری‌که تنها با اره آهن‌بر قابل برش هستند.

دومین راه دفاعی محبوب در دنیای حیوانات ترشح مواد ساده از بدن نرم‌تنان جهت تولید ساختار مستحکم صدف غیرقابل نفوذ است.

صدف ساختار محکمی است که از پروتئین و کربنات کلسیم ساخته شده است. در واقع صدف یکی از مستحکم‌ترین زره‌های طبیعی در دنیای حیوانات شناخته می‌شود که از مواد معمولی ساخته شده است.

محققان معتقدند که با افزودن مواد مشخص به فرمول ساخت صدف می‌توان زره‌های قدرتمندی به کمک چاپگر سه‌بعدی تولید کرد که کاملا غیرقابل نفوذ هستند.

با الهام از فرایند ساخت صدف در دنیای نرم‌تنان می‌توان کلاه ایمنی تولید کرد که در عین سبکی و خوش‌فرمی دارای ساختار مستحکم و غیرقابل نفوذ حتی در برابر گلوله‌های با کالیبر بیشتر است.

سومین راه دفاعی شناخته شده در دنیای حیوانات ترشح رشته‌های پروتئینی در ساختارهای گره مانند توسط عنکبوتیان است. تاکنون مطالعات گوناگونی در مورد قدرت و توانایی کشسانی غیرقابل تصور تار عنکبوت انجام شده است.

طبق آخرین آزمایش انجام شده توسط محققان دانشگاه میشیگان مشخص شد که هر رشته از تار عنکبوت قادر به تحمل فشاری معادل 10 هزار برابر وزن خود است.

ساخت جلیقه ضدگلوله یا لباس مقاوم در برابر نفوذ اشیاء تیز از تار عنکبوت یا کرم‌های ابریشم اصلاح ژنتیک شده از انعطاف‌پذیری بیشتری برخوردار است و توانایی تحرک و نفس کشیدن را برای انسان با مشکل مواجه نخواهد کرد.

محققان امیدوارند که در آینده نزدیک با ترکیب این سه سیستم دفاعی طبیعی جلیقه‌های قدرتمندتر و با انعطاف‌پذیری بیشتری را تولید کنند.
منبع: ایسنا

راز معمای 400 ساله فیزیک؛ محکمیِ حباب‌های شیشه سرد شده در آب سرد، کشف شد

تیمی از دانشمندان موفق به حل معمای 400 ساله فیزیک شدند.

به گزارش ایسنا به نقل از گیزمگ، قطرات «شاهزاده روپرت» به اندازه‌ای قوی هستند که فقط با چکش می‌توان آن‌ها را در هم شکست. با این حال، چنانچه فردی انتهای این قطرات را با فشار انگشت بشکند،  به شکل پودر در می‌آیند.

حدود 400 سال است که فیزیکدانان به دنبال توضیح این پدیده هستند و به تازگی تیمی از دانشگاه پردو، دانشگاه کمبریج و دانشگاه صنعتی تالین در استونی این معما را حل کرده‌اند.

قطرات شاهزاده روپرت که اشک‌های Batavian نیز خوانده می‌شوند، در قرن هفده کشف شدند. آن‌ها زمانی معروف شدند که شاهزاده روپرت اهل باواریا در آلمان، پنج معما را در دربار چارلز دوم انگلستان مطرح کرد.

انجمن سلطنتی انگلستان در سال 1661 شروع به بررسی این قطرات کرد اما برخلاف چهار قرن تلاش محققان برای حل این معما، راز استحکام فوق‌العاده و همزمان شکنندگی خودتخریبی این قطرات در هاله‌ای از ابهام باقی ماند.

این قطره‌ها با استفاده از حباب‌های داغ و قرمزرنگ شیشه ذوب شده با ضریب انبساط حرارتی بالا و انداختن آن‌ها در ظرفی از آب سرد تولید می‌شوند؛ شیشه ذوب شده بلافاصله به شکل قطره دم‌دار جامد در می‌آید.

دانشمندان حاضر در این مطالعه از فتوالاستیسیته یکپارچه شده برای بررسی این قطرات استفاده کردند. در این تکنیک، یک شی سه بعدی شفاف در نوعی حمام غوطه‌ور معلق می‌شود و نور پلاریزه از میان آن عبور می‌کند. تغییرات حاصل شده در قطبیدگی نور در درون شی، به شکل نوارهای رنگین کمان به نمایش در می‌آید.

فیزیکدانان حاضر در  این مطالعه بر روی سر قطره متمرکز شدند و دریافتند فشارهای کمپرسی (compressive stress) در  شیشه حدود 50 تن در اینچ مربع است و این ویژگی به آن استحکام فولاد را می‌دهد.

به گفته تیم تحقیقاتی، این امر به این خاطر است که سطح بیرونی قطره سریع‌تر از داخل آن سرد می‌شود و این موضوع سطح بیرونی را به لایه‌ای متشکل از نیروهای فشاری قدرتمند تبدیل می‌کند و این نیروها به داخل قطره فشار می‌آورند.

نیروهای کمپرسی توسط نیروهای کششی داخل قطره متعادل می‌شوند و تا زمانی که این نیروها در حال تعادل باقی بمانند، قطره در وضعیت باثبات است و می‌تواند فشار فوق العاده‌ای را تحمل کند.

معمولا چون شیشه نوعی مایع فوق سرده شده است و نه جامد، هر ترکی در سطح آن گسترش یافته و آن را می‌شکند. اما در قطره شاهزاده روپرت، تعامل بین نواحی داخل و خارجی، این نیروها را به حاشیه می‌راند به طوری که ترک‌ها نمی‌توانند گسترش یابند.

با این حال، چنانچه دم قطره شکسته شود، ترک‌های موجود در آن گسترش می‌یابند، به محور قطره نفوذ کرده و وارد سر قطره می‌شوند. آسیب وارده به حدی بزرگ است که نیروهای متعادل شده آزاد می‌شوند و موجب انفجار قطره می‌شوند.

جزئیات این دستاورد علمی در  Applied Physics Letters  منتشر شد.
منبع: ایسنا

سلول های پروسکایت دوبعدی جدید قیمت سلول های خورشیدی را کاهش می دهد

انرژی

سلول های پروسکایت دوبعدی جدید قیمت سلول های خورشیدی را کاهش می دهد

دنیای سبز تر - 25 اسفند 1395  
محققان آزمایشگاه ملی لوس آلاموس، تکنولوژی جدید پروسکایت را معرفی کردند که ضمن کاهش قیمت سلول های خورشیدی، بهره وری آنها را به طور چشمگیر افزایش خواهد داد.  با استفاده از لایه های نازک رادلستون-پوپر، دانشمندان لایه های دوبعدی پروسکایت را که مقرون به صرفه هستند و راندمان بالایی نسبت به قیمتشان دارند، ایجاد کرده اند. در این فناوری از مفهوم ترکیب لایه های دو بعدی نانومتر پروسکایت که توسط لایه های آلی نازک جدا شده اند، استفاده شده است. این ماده برای طیف گسترده ای از دستگاه های بسیار کارآمد، از سلول های خورشیدی تا LED ها، دیودهای لیزری و سایر دستگاه های نانو اپتو الکتریکی استفاده می شود.

Scientists Create a New Kind of Liquid That Can Push Itself Along a Flat Surface

Scientists Create a New Kind of Liquid That Can Push Itself Along a Flat Surface

How the... ?

MIKE MCRAE
25 MAR 2017

Moving a liquid from point A to point B typically requires either a sloping surface or a pump of some sort to apply pressure.

A new kind of material that is in early development requires neither, instead relying on a squirming skeleton of microscopic fibres to move it in a direction, opening the way for a class of fluid capable of worming itself through a channel.

Researchers from Brandeis University in Massachusetts took a hint from nature and investigated how the biomechanical properties of materials called microtubules could be applied to a mixture to make it move in a single direction around a container.

Anybody who has watched a microscopic amoeba stretch out a gloopy arm to pull itself under the coverslip has seen microtubules in action.

Most complex cells, and even a few bacterial ones, contain a network of microtubule fibres collectively called a cytoskeleton, which is responsible for giving the cell its shape and transporting materials around as they twist, bend, shrink, and stretch.

These fibres are made up of a string of proteins called tubulin, which spirals around on itself to form a cylinder about 25 nanometres across.

In this particular case, the researchers used the microtubules found inside the nerves of a cow's brain.

On their own, the mass of fibres would be about as impressive as wet cobwebs. But the researchers found they could turn a watery mixture of cow microtubules into molecular motors by adding a couple of other ingredients.

The first was kinesin, a protein which naturally attaches to the microtubule and 'walks' along its length in a molecular waddle.

Another component was the energy-carrying molecule adenosine triphosphate (ATP), which generally provides a kick of power whenever it donates one of its three phosphates to proteins such as kinesin.

Putting them together, the researchers found the kinesin connected a pair of microtubule strands like a rung on a ladder, and  when powered by the ATP  walked them in opposite directions.

Each kinesin that walked off the end of a fibre was soon replaced by others connecting other fibres, creating a squirming mess of microscopic worms.

Check out in the clip below how these writhing strings of protein slide against each other with help from the kinesin.

The interesting thing about this swirl of fibres was that it produced small whirlpools in the gel-like mixture.

This turbulence could be harnessed to push the fluid in the same direction simply by choosing the right shape for the container.

The researchers stuck to containers they could map mathematically, such as discs and doughnut shaped 'toroids' like the one in the picture up top, finding by picking the right the dimensions of the container the messy churning of the fibres became a steady current in a single direction.

While this only works in containers with precisely the right dimensions, it does scale up, meaning liquids can be encouraged to flow over a number of metres.

Of course once the ATP runs out of phosphate to hand over to the kinesin, the flow grinds to a halt, which would make it unlikely for large scale transport of liquids.

However, there could easily be a role for self-propelled gels in the future of mechanical engineering.

"From a technology perspective, self-pumping active fluids set the stage for the engineering of soft self-organized machines that directly transform chemical energy into mechanical work," the researchers suggest in a summary of their paper.

Even without an application, this research provides insight into the dynamics of moving fluids inside our own cells.

Perhaps one day we'll be seeing 'wet' robotics powering our cybernetic body parts with self-propelled fluids fed by our body's own reserves of ATP.

This research was published in Science.

Scientists Have Invented a Hydrogel Fabric That's 5 Times Stronger Than Steel

Hokkaido University

Scientists Have Invented a Hydrogel Fabric That's 5 Times Stronger Than Steel

But you can still bend and stretch it.

DAVID NIELD
3 MAR 2017
Scientists have created a new hydrogel material reinforced with fibres that they say is up to five times harder to break than carbon steel – but still easy to bend and stretch.

That combination of properties means the new fabric could be used as the basis for artificial ligaments and tendons designed to help the body heal – or in manufacturing or fashion where a very tough but elastic material is needed.

Researchers from Hokkaido University in Japan developed the fabric, called fibre-reinforced soft composite(or FRSC), by combining hydrogels containing high levels of water with glass fibre fabric.

"The material has multiple potential applications because of its reliability, durability and flexibility," says one of the researchers, Jian Ping Gong.

Putting two natural materials together to combine their properties is a trick people have been pulling off for a very long time – straw and mud go together to make bricks, and paper and glue gives you papier-mâché.

The idea is you end up with a new super-material that combines the best parts of both your source materials.

The scientists set out to create a substance that could bear heavy loads and was also very fracture-resistant, taking the best characteristics of hydrogels, but adding extra durability and toughness through the glass fibre fabric.

The team says the incredible strength of the composite material comes from dynamic ionic bonds – atoms attracted to each other as electrons get swapped – acting between the fibre and the hydrogels, and within the hydrogels themselves.

As the scientists increased the toughness of the hydrogels in the lab, the overall toughness of the composite material went up too.

These same principles could also be applied to add toughness to other soft components, such as rubber, the researchers say, building on previous studies of hydrogels carried out at Hokkaido University.

The end result is a material that's 25 times tougher than glass fibre fabric; 100 times tougher than hydrogels; and five times as strong as carbon steel, in terms of the energy required to break them.

While hydrogels have already been touted as suitable materials for healing wounds and building soft robots, their lack of toughness has previously limited their usefulness – something which the new research could change.

"This work provides a good guide toward the design of FRSCs with extraordinary fracture resistance capacity," the researchers write in their paper.

The findings are published in Advanced Functional Materials.