اختراع یک فراماده 4بعدی با قابلیت ضد زلزله کردن سازه ها - وبلاگ ساختمان

به گزارش وبلاگ ساختمان، ایسنا نوشت: دانشمندان دانشگاه میزوری شکل جدیدی از فراماده را بر اساس روش بُعد مصنوعی چهارم(4D) ساخته اند که می تواند رایانش کوانتومی را متحول کند.

اساسا انسان ها دنیا را در سه بعد تجربه می نمایند. با این حال، دانشمندان به تازگی پژوهش در خصوص منظره بعد چهارم یا بُعد مصنوعی که منظره ما فراتر از دنیای فیزیکی است را شروع نموده اند.

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

فراماده(Metamaterial) به هر ماده ای گفته می گردد که مهندسی شده است تا دارای ویژگی هایی باشد که در مواد طبیعی یافت نمی گردد. 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 نموده ، خاصیت ضریب شکست منفی نور در آن هاست، به این معنا که این مواد نور را در جهت مخالف مواد عادی منکسر می نمایند. و مواد الکترومغناطیس تشکیل دهنده آن ها می تواند با دستکاری مختصر و دقیق ساختارشان تنظیم نیز بگردد.

این مواد از ترکیب میله های ریز و مجموعه ای از حلقه های فلزی و مانند آن ساخته شده است که برای اولین بار به وسیله دیوید اسمیت(David Smith) استاد دانشگاه کالیفرنیا ساخته شد. خواص نامتعارف این مواد سبب شده است از آن ها در زمینه های مختلف استفاده گردد که از جمله 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 تازه آنها می تواند 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 مشخص چگونگی انتشار ارتعاشات در یک ماده سطح جامد یاری نمایند.

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. اما اکنون ما در حال ساخت مواد در ابعاد مصنوعی یا 4 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 نمایند، دقیقاً به همان جایی که می خواهیم بروند.

مزیت اصلی این فراماده تازه در حوزه رایانش کوانتومی است. با این حال، ممکن است پیامدهایی در ایجاد راه چاره های مهندسی ایمن برای منطقه ها زلزله خیز نیز داشته باشد.

فراماده ای بر اساس توپولوژی ریاضیات

این فراماده تازه با استفاده از رشته ای از ریاضیات به نام توپولوژی پیشرفته است. این شاخه به آنالیز اشکال و چیدمان آنها 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 بعلاوه می تواند برای توسعه راه چاره های فنی برای سازه های مقاوم در برابر زلزله مورد استفاده قرار گیرد.

هوانگ می گوید: بیشترِ انرژیِ ناشی از زلزله(90 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 زلزله یاری کرد.

5858