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.