في عالم المواد الميتا، يجتمع الإبداع الهندسي مع التكنولوجيا المتقدمة لخلق ابتكارات مذهلة. أحد هذه الابتكارات هو تصميم فانوس متعدد الأشكال يمكنه التحول بين أشكال مختلفة باستخدام الطاقة المرنة المخزنة. تم تطوير هذا الفانوس بواسطة فريق من الباحثين في جامعة ولاية كارولينا الشمالية، ويعد مثالاً رائعًا على كيفية استخدام الهندسة المبتكرة لتحقيق وظائف جديدة في المواد.
تصميم الفانوس المتحول
بدأ الفريق بتصميم الفانوس من ورقة بوليمر رقيقة مقطوعة على شكل متوازي أضلاع ماسي. ثم قاموا بشق سلسلة من الخطوط المتوازية من خلال مركز الورقة، مما شكل أشرطة متوازية متصلة بشرائط صلبة من المواد في الأعلى والأسفل. عند توصيل نهايات هذه الشرائط العلوية والسفلية، تطوى الورقة بشكل طبيعي إلى شكل فانوس دائري.
هذا الشكل الأساسي يعد ثنائي الاستقرار، بمعنى أنه يمتلك شكلين مستقرين. الأول هو الشكل الفانوسي التقليدي، والثاني هو شكل يشبه قمة دوارة يمكن الوصول إليه عند ضغط الفانوس من الأعلى. في هذا الشكل، يتم تخزين الطاقة المستخدمة في الضغط، وعند سحب الفانوس، يتم تحرير الطاقة بسرعة ليعود إلى الشكل الفانوسي.
تعدد الأشكال والإمكانات المتعددة
وجد الباحثون أن الفانوس يمكن أن يتخذ العديد من الأشكال الإضافية عن طريق تطبيق التواء أو ثني الشرائط الصلبة في الأعلى أو الأسفل. كل من هذه الأشكال المتعددة له استقراره الخاص وبعضها يمكنه التحول بين أكثر من شكلين مستقرين. أحد الأشكال يمتلك أربع حالات مستقرة تختلف حسب الضغط أو الالتواء المطبق على الفانوس.
هذا التنوع في الأشكال يوفر إمكانات واسعة لاستخدام الفانوس في تطبيقات مختلفة، مثل تصميمات المواد الميتا الميكانيكية والروبوتات.
التحكم المغناطيسي والتطبيقات العملية
أضاف الباحثون أيضًا عنصر التحكم المغناطيسي للفوانيس عن طريق تثبيت فيلم مغناطيسي رقيق على الشريط السفلي، مما يسمح لهم بتحكم عن بعد في الفانوس باستخدام مجال مغناطيسي. من خلال هذا التحكم، تمكنوا من تقديم استخدامات متعددة مثل ملقط مغناطيسي يمكنه الإمساك بالأسماك وإطلاقها دون ضرر، ومرشح للتحكم في التدفق يفتح ويغلق تحت الماء، وشكل مضغوط يمتد فجأة لإعادة فتح أنبوب منهار.
هذه التطبيقات تعتبر بداية لاستكشاف إمكانيات أخرى للفانوس في مجالات متعددة.
النموذج الرياضي وفهم السلوك
لتسهيل فهم سلوك الفانوس وقدرته على التحول بين الأشكال، أنشأ الفريق نموذجًا رياضيًا يوضح كيفية تأثير الهندسة على الشكل النهائي وكمية الطاقة المرنة المخزنة في كل تكوين مستقر. هذا النموذج يمكن الباحثين من برمجة الشكل المطلوب ودرجة استقراره وقوته عند إطلاق الطاقة المخزنة.
يعد هذا النموذج أداة مهمة لتصميم أشكال قادرة على أداء تطبيقات معينة بكفاءة ودقة.
الخاتمة
الفانوس المتحول هو مثال رائع لكيفية استخدام الهندسة والمواد المتقدمة لتطوير حلول مبتكرة في مجالات التكنولوجيا والروبوتات. من خلال التحكم في شكله واستقراره، يمكن لهذا الفانوس أداء وظائف معقدة وفعالة، مما يفتح آفاقًا جديدة في تصميم المواد الميتا والروبوتات. مع استمرار البحث والتطوير، يمكن أن نرى مستقبلًا مشرقًا لهذه التكنولوجيا في تطبيقات متنوعة.