کشف ماده خودمونتاژ با قابلیت کنترل توسط نور

پژوهشگران دانشگاه ایالت کارولینای شمالی شیوه‌ای جدید برای استفاده از نور به منظور کنترل ترتیب تا خوردن ماده‌ی خودمونتاژ کشف کرده‌اند.

گویا آی تی – در گذشته شاهد ساخت و عرضه‌ی سازه‌هایی خود تا شونده‌ای بوده‌ایم که توسط نور کنترل می‌شده‌اند؛ این تکنیکی است که برای تبدیل صفحات مسطح به اشکال ۳بعدی مثل مکعب و هرم به خوبی جواب می‌دهد. دانشمندان در تلاش برای هوشمندتر کردن این مواد هوشمند شیوه‌ای جدید برای ساخت سازه‌های خود تاشونده‌ی پیچیده طراحی کرده‌اند؛ این کار از طریق تغییر رنگ نور و ”لولاها“ انجام می‌شود تا هر بخش از ماده به ترتیبی خاص تا بخورد.

پژوهش جدید با استفاده از یافته‌های قبلی ایالت کارولینای شمالی در سال ۲۰۱۱ انجام شده  یعنی زمانی که پژوهشگران اقدام به ساخت قالب‌های ۲بعدی کرده‌ بودند که در زمان قرارگیری در معرض اشعه‌ی مادون قرمز می‌توانستند خودشان را به فرم یک شکل ۳بعدی تا بزنند. کلید اصلی برای این کار وجود خطوط سیاه برجسته در لولاها بود که در مقایسه با مواد شفاف اطرفا خود، می‌توانستند انرژی زیادی را به خود جذب کرده و نهایتا قسمت مورد نظر از ماده را در نقطه‌ی مورد نظر دانشمندان قرار دهد. تیم پروژه با تنظیم ضخامت هر خط، قادر به کنترل سرعت و زاویه‌ی هر کدام از تا‌ها (چین‌ها) بود.

یکی از نقاط ضعف روش قبلی این بود که قرارگیری ماده‌ی مذکور در معرض نور باعث می‌شد که پروسه‌ی چین خوردن تاها همزمان شروع شود. حال پژوهشگران با استفاده از تغییر رنگ نور و لولاها، شیوه‌ی جدیدی برای کنترل ترتیب چین خوردن‌ها کشف کرده‌اند.

«مایکل دیکی» یکی از دست‌اندرکاران پژوهش در این مورد توضیح می‌دهد: ”یکی از چالش‌های قدیمی در این حوزه پیدا کردن راهی برای کنترل ترتیبی تبدیل شدن یک ورقه‌ی ۲بعدی به یک شئی ۳بعدی بود. هر کسی که تا به حال اوریگامی ساخته باشد –یا لباس‌هایش را تا زده باشد- تصدیق می‌کند که ترتیب تا خوردن‌ها فوق‌العاده مهم است.

سیستم جدید بر این اساس استوار است که رنگ‌های مختلف قادر به جذب طول‌ موج‌های مختلف نور با سرعت و شدت متفاوتی هستند. پژوهشگران با چاپ لولاها به رنگ‌های خاص جوهر می‌توانند ماده‌ را در معرض نور رنگی که باعث واکنش بعضی لولاها و نه همه‌ی آنها می‌شود، قرار دهند. برای مثال تصور کنید یک لولا زرد باشد و یکی دیگر آبی. تاباندن نور آبی روی شکل باعث می‌شود لولای زرد رنگ (و نه آبی رنگ) تا شود، زیرا جوهر آبی، نور آبی را جذب نخواهد کرد. در حالی که نور قرمز هر زمان که نیاز باشد لولای آبی‌ رنگ را فعال می‌کند.

این روش به تیم پژوهشگران اجازه می‌داد یک شکل ۳بعدی را با استفاده از نمایش منظم رقص نورهای مختلف ایجاد نموده و از سوی دیگر امکان کنترل زنجیره‌ای از چین‌ها بدون نیاز به تغییر رنگ هم فراهم می‌شد. رنگ‌های مختلف جوهر قادر به جذب طول موج‌های خاص با سرعت و شدت خاصی هستند به این معنی که یک لولا قادر به واکنش سریع بوده در حالی که یکی دیگر کار خود را به آهستگی و با سرعت کمتری دنبال می‌کند.

امکان تعریف مجموعه‌ای دقیق از دستورالعمل‌ها به مواد و سازه‌هایی که امکان تا شدن دارند گستره‌ی وسیعی از کاربردهای بالقوه‌ی دارد از جمله امکان ساخت ربات‌های هضم شدنی که بعد از بلعیده شدن با دریافت دستور باز شده (از حالت تا شدگی خارج شده) و وظیفه‌ی محول شده را در بدن انجام می‌دهند؛ ضمنا از این مواد می‌توان در ساخت صفحات‌های خورشیدی که بعد از ارسال به فضا به صورت خودکار باز خواهند شد هم می‌توان استفاده کرد.

این پژوهش تائیدی است بر درستی و صحت نظراتی که در این حوزه وجود دارد و ضمنا درها را به سوی کاربردهای بالقوه‌ای که با پروسه‌های ساده می‌توان آنها را انجام داد می‌گشاید. مردم به دلایل گوناگون به سازه‌هایی که خود قادر به باز شدن (خارج شدن از حالت تا شدگی) هستند علاقه دارند؛ برای مثال می‌توان اشیا مختلف را در بسته‌هایی صاف و مسطح به جایی دیگر ارسال کرد و شاهد اسمبل شدن آنها در مقصد بود. ضمنا از کاربرد گسترده‌ی آنها در صنایع پزشکی و الکترونیک هم نمی‌توان به سادگی چشم‌پوشی کرد.

این پژوهش در ژورنال Science Advances منتشر شده است. برای آِشنایی بیشتر با پژوهش مذکور این ویدئو را تماشا کنید.

اتفاقاتی در ستاره بیگانگان در حال رخ دادن است

دانشمندان می گویند آنها برای ستاره «اَبَرسازه بیگانه» که بیگانگان را به همراه خود ندارد، راه حلی پیدا کرده اند؛ و این راه حل، بر خلاف توضیحات قبلی، با مشاهدات پیشین از فعالیت های این ستاره بسیار سازگارتر است.

گویا آی تی – این راه حل متضمن غبارهای بین ستاره ای و خوشه ستاره های دنباله دار مشکوک نیست؛ بلکه بر اساس آن، این ستاره دستخوش یک تبدیل فاز درونی است، که باعث فوران شدید بر روی سطحی می شود که گاهی نورهای منتشر شده را مسدود می کند و تلسکوپ های ما قادر به مشاهده آن هستند.
به عبارت دیگر، طبق این مطالعه جدید، به جای اینکه چیزی در سر راه این ستاره قرار گرفته باشد و از رسیدن نور آن به ما جلوگیری کند، شرایط درونی خود ستاره هستند که موجب کاهش روشنایی آن می شوند.
چنانچه هیچ ذهنیتی از چیستی امور مربوط به «اَبَرسازه بیگانه» ندارید، باید بگوییم که در اکتبر سال ۲۰۱۵، دانشمندان الگوی عجیبی از نور اطراف ستاره دوردستی را کشف کردند که KIC 8462852 نام دارد، و شبیه هیچ یکی از چیزهایی که تا کنون دیده ایم نیست.
هنگامی که یک سیاره به دور ستاره ای می چرخد، روشنایی ستاره به صورت دوره ای، حدود ۱ درصد کاهش می یابد. اما KIC 8462852 مقادیر نامنظم تا ۲۲ درصد را تجربه کرده است. این امر دانشمندان را بلافاصله به سوی این گمان سوق داد که چیزی بسیار بسیار بزرگی آن را پشت سر گذاشته است.
یک توضیح که کم و بیش از ارزش آن کاسته شده است، این بود که در آنجا خوشه بزرگی از ستاره های دنباله دار رها شده اند. اخیرا محققان پیشنهاد کرده اند که این کاهش عجیب نتیجه نوعی آشفتگی در فضای بین ستاره ای است.
پیشنهادی نیز از سوی جیسون رایت، ستاره شناسی از دانشگاه ایالتی پن، وجود دارد که در حال حاظر قابل قبول به نظر می رسد. به نظر رایت راه حل این مسئله می تواند چیزی در قلمرو علم و داستان های تخیلی باشد – یک کره دایسون غول پیکر که از پنل های خورشیدی ساخته شده و پیرامون یک ستاره را کاملا احاطه کرده است.
او سال گذشته به مجله آتلانتیک گفت که «بیگانگان همیشه آخرین فرضیه ای هستند که مطرح می شوند؛ اما این اَبَرسازه دقیقا مانند چیزی است که انتظار می رود توسط یک تمدن بیگانه ساخته شده باشد».
اما هیچ یک از این تبیین ها – چه نظریه بیگانگان و چه غیر آن – داده های کافی برای متقاعد کردن جامعه علمی ارائه نکرده است، و در نتیجه، مسئله ستاره «اَبَرسازه» در حاله ای از ابهام باقی مانده است
گروهی از دانشگاه ایلینوی می گوید شاید ما تا کنون رویکرد کاملا نادرستی به این مسئله داشته ایم؛ و یک چشم انداز متفاوت بتواند پاسخ کاملا قاطعی به مسئله مرموز KIC 8462852 دهد.

این پژوهشگران در حال مطالعه بر روی چگونگی ارتباط میان بزرگی این ستاره و اُفت های پایین در روشنایی آن هستند. هنگامی که آنها تعدادی از مدل های ریاضیاتی را بر روی این داده ها اعمال کردند، به الگوهایی رسیدند که به عنوان آمار بهمنی (Avalanche statistics) شناخته شده است.
آمار بهمنی در انواع پدیده های طبیعی، از جمله شعله های خورشیدی، انفجارهای پرتو گاما، و هنگام محاسبات ریاضیاتی پیچیده در فعالیت های عصبی در مغز رخ می دهد. به بیان اساسی، آمار بهمنی الگوهایی را نشان می دهد که در آن افت های پایین در داده ها در میان افت های بزرگتری رخ می دهد که در نهایت، حتی با افت های بزرگتر نیز برابری می کند.
به نظر می رسد آمار بهمنی با اموری در ارتباط است که از طریق تبدیل فازهای معینی انجام می شوند – یعنی آنهایی که بیشتر میان حالت های جامد، مایع و گاز، و در موارد نادر، پلاسما رایج هستند.

به گفته کارین دَهمِن، یکی از اعضای این تیم، «نمونه های بارز چنین تبدیل هایی، سیستم های مغناطیسی ای هستند که به آرامی از یک میدان مغناطیسی رانده می شوند؛ یا تغییر شکل آهسته موادی که تا حدودی شکننده اند، و معمولا صدای شکست کوچک آنها بلندتر و بلندتر می شوند و بالاخره هنگام شکست کامل، صدای انفجار ناگهانی مهیبی بلند می شود».
«در حالی که در تجزیه و تحلیل ستاره ما، رویدادهای کوچک مانند صدای انفجارهای کوچک هستند، رخدادهای بزرگ مانند انفجار بزرگ و ناگهانی خواهند بود».
گمان می رود که تبدیل فازها با فعالیت های خورشیدی، مانند شعله ها و طوفانهای خورشیدی، مرتبط باشد؛ بنابراین می تواند اینگونه باشد که مواد داخلی KIC 8462852 را در حال تبدیل هستند، و نتیجه، فوران های شدید نامنظمی است که نور آن را مسدود می کند.

طبق توضیح اتان سیگل، متخصص فیزیک نجومی، به مجله فوربس «تجزیه و تحلیل آنها نشان می دهد که مدل بهمنی با آنچه که آنها مشاهده کرده اند، به شدت سازگار است».
«به عبارت دیگر، این تنها می تواند ستاره ای باشد که به روشی کمتر شناخته شده، سخت در حال فعالیت است؛ روشی که در آن فوران های عظیم دوره ای موجب ضعیف شدن نور می شود. و واقعیت این است که ستاره های اینچنینی بسیار نادر هستند، و همین امر موجب گمراهی ما شده است».
تنها گذر زمان است که پاسخ این سوال را خواهد داد؛ اما پاسخ اخیر، با داده های موجود به خوبی همخوانی دارد.
و حتی اگر در نهایت ساکنان بیگانهKIC 8462852 وجود نداشته باشند، ما باز هم با پدیده روبرو هستیم که قبلا هرگز ندیده ایم، و به همین دلیل، با هم جالب است.
این مطالعه در مجله فیزیکال ریویو لترز، که به انجمن فیزیک آمریکا تعلق دارد منتشر شده است.