ایجاد فراماده ۴بعدی که توانایی ضد زلزله کردن سازه‌ها را دارد

به گزارش ایسنا به نقل از آی ای، اساسا انسان ها جهان را در سه بعد تجربه می کنند. با این حال، دانشمندان به تازگی پژوهش در مورد چشم انداز «بعد چهارم» یا بُعد مصنوعی که چشم‌انداز ما فراتر از دنیای فیزیکی است را آغاز کرده اند.

دانشمندان دانشگاه میزوری (Missouri) شکل جدیدی از فراماده را بر اساس روش بعد مصنوعی چهارم ساخته اند.

فراماده (Metamaterial) به هر ماده ای گفته می شود که مهندسی شده است تا دارای ویژگی هایی باشد که در مواد طبیعی یافت نمی شود. این مواد از سرهم بندی چندین عامل که از ترکیباتی چون فلزات و پلاستیک ها بدست آمده، ساخته می شوند. آنچه این مواد را غیرمعمول کرده، خاصیت ضریب شکست منفی نور در آن هاست، به این معنا که این مواد نور را در جهت مخالف مواد عادی منکسر می کنند. و مواد الکترومغناطیس تشکیل دهنده آن ها می تواند با دستکاری مختصر و دقیق ساختارشان« تنظیم» نیز بشود.

این مواد از ترکیب میله های ریز و مجموعه ای از حلقه های فلزی و مانند آن ساخته شده است که برای نخستین بار توسط دیوید اسمیت (David Smith) استاد دانشگاه کالیفرنیا ساخته شد. خواص نامتعارف این مواد سبب شده است از آنها در زمینه های مختلف استفاده شود که از جمله ی آن ها در مهندسی مایکروویو است که می توان به کاربرد در موج برها، جبران پاشندگی، آنتن های هوشمند، لنزها و نمونه های فراوان دیگر استفاده کرد.

اکنون طبق بیانیه رسمی پژوهشگران دانشگاه میزوری، فراماده جدید آنها میتواند امواج انرژی را روی سطح یک ماده جامد کنترل کند. این امواج انرژی به عنوان امواج سطحی مکانیکی شناخته می شوند که می توانند به تعیین چگونگی انتشار ارتعاشات در یک ماده سطح جامد کمک کنند.

گولیانگ هوانگ( Guoliang Huang) یکی از نویسندگان این مطالعه از دانشگاه میزوری گفت:مواد معمولی تنها به سه بُعد با محور X، Y و Z محدود می شوند. ولی اکنون ما در حال ساخت مواد در ابعاد مصنوعی یا ۴ بعدی هستیم که به ما امکان می دهد مسیر امواج انرژی را دستکاری کنیم تا همانطور که از گوشه ای از یک ماده به گوشه دیگر حرکت می کنند، دقیقاً به همان جایی که می خواهیم بروند.

مزیت اصلی این فراماده جدید در حوزه رایانش کوانتومی است. با این حال، ممکن است پیامدهایی در ایجاد راه حل های مهندسی ایمن برای مناطق زلزله خیز نیز داشته باشد.

فراماده ای بر اساس توپولوژی ریاضیات

این فراماده جدید با استفاده از رشته ای از ریاضیات به نام توپولوژی توسعه یافته است. این شاخه به بررسی اشکال و چیدمان آن ها در فضا می پردازد.

این پژوهش از اثر پمپاژ توپولوژیکی استفاده کرد که طبق این مطالعه به امواج اجازه می دهد تا یک نمونه را بدون اختلال و نقص حرکت دهند.

پمپاژ توپولوژیکی این پتانسیل را دارد که مکانیک کوانتومی و رایانش کوانتومی را با امکان ایجاد پدیده های مکانیکی کوانتومی با ابعاد بیشتر تقویت کند.

این ماده همچنین میتواند برای توسعه راه حل های فنی برای سازه های مقاوم دربرابر زلزله مورد استفاده قرار گیرد.

هوانگ می گوید:بیشترِ انرژیِ ناشی از زلزله (۹۰ درصد) در امتداد سطح زمین اتفاق می افتد. بنابراین با پوشاندن یک ساختار بالش مانند در این ماده و قرار دادن آن بر روی سطح زمین در زیر یک ساختمان به طور بالقوه می توان به جلوگیری از فروریختن سازه در هنگام زمین لرزه کمک کرد.

نتایج این مطالعه در مجله Science Advances منتشر شده است.