فوم های نانولوله کربنی نوع جدیدی از حافظه مکانیکی را نشان می دهند

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

کامپیوترها در اولین سال های توسعه خود از چرخ دنده ها و اهرم های مکانیکی برای ذخیره اطلاعات استفاده می کردند. امروزه، محققان در حال بررسی این هستند که آیا خود یک ماده می‌تواند اطلاعات را در خود نگه دارد و حافظه را در نحوه خم شدن و بازگشت به شکل اولیه خود ذخیره کند.

از طریق تحقیقات جدید منتشر شده در Physical Review X، Ramathasan Thevamaran و همکارانش در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون ماده‌ای را کشف کرده‌اند که این مفهوم را یک گام فراتر می‌برد: فومی از نانولوله‌های کربنی که دقیقا به یاد می‌آورد که چقدر فشرده شده است، سپس به شکل اولیه‌اش باز می‌گردد، بدون آسیب ماندگار.

در رایانه‌های دارای حافظه مکانیکی داخلی، بسیاری از محققان امیدوارند دستگاه‌ها بتوانند بدون باتری یا تراشه کار کنند. تاکنون، بیشتر طرح‌ها بر ساختارهای «دوستابل» متمرکز شده‌اند: اجزای کوچکی که فقط بین دو شکل قرار می‌گیرند، مانند کلیدی که روشن یا خاموش می‌شود. این یک فرم ساده از حافظه می دهد اما فقط به سیستم دو حالت می دهد تا با آن کار کند.

در حالی که رفتارهای مداوم بیشتر شبیه حافظه را می توان در مواد دیگر یافت، آنها تمایل دارند تا به طور دائمی تغییر شکل داده و با افزایش سن تخریب شوند یا ممکن است قبل از اینکه بتوانند عملکرد قابل اعتمادی داشته باشند به آموزش خاصی نیاز دارند. کلید حل این چالش‌ها، ماده‌ای خواهد بود که شکل اصلی خود را به یاد می‌آورد و در عین حال هر بار به صورت کشسان و بدون آسیب به عقب برمی‌گردد.

برای جستجوی چنین ماده‌ای، تیم Thevamaran به فوم‌های ساخته شده از نانولوله‌های کربنی تراز عمودی روی آوردند. آنها بارها و بارها فوم را فشرده کردند تا زمانی که پاسخ آن تثبیت شود، سپس نحوه رفتار آن را تحت تخلیه جزئی و بارگیری مجدد پیگیری کردند.

فوم "حافظه نقطه بازگشت" را نشان می دهد: هنگامی که به نیمه فشار داده می شود، آزاد می شود، سپس دوباره فشار داده می شود، به حالت مکانیکی دقیقی که قبلا بود باز می گردد. این رفتار مستقیما با هارد دیسک های مغناطیسی قابل مقایسه است، جایی که معکوس کردن یک میدان مغناطیسی، مواد را به حالت ثبت شده قبلی بازمی گرداند.

نکته مهم این است که فوم نانولوله در طول زمان مانند مواد معمولی شل نمی شود یا محو نمی شود. تیم این اثر را در اصطکاک در مقیاس نانو ردیابی کرد: نانولوله های همسایه به طور مکرر به هم چسبیده و با فشرده شدن فوم به یکدیگر می لغزند.

این اصطکاک به جای کشش یا شکستن دائمی مواد، رکوردی از آنچه ماده تجربه کرده است را به همراه دارد. این تیم همچنین دریافت که سفتی فوم آنها را می‌توان در دو جهت تنظیم کرد: فشار دادن بیشتر آن را سفت‌تر کرد، در حالی که تکان دادن آن باعث نرم‌تر شدن آن شد.

نتایج می‌تواند مسیر جدیدی را برای تحقیقات حافظه مکانیکی فراتر از طراحی‌های دو حالته سریع باز کند. Thevamaran و همکارانش پیشنهاد می‌کنند که همین رویکرد مبتنی بر اصطکاک می‌تواند الهام‌بخش موادی باشد که شوک‌ها را کاهش می‌دهند، ارتعاشات را فیلتر می‌کنند یا حتی محاسبات ساده و کاملا غیرفعال را انجام می‌دهند.

اگر بتوان اصطکاک در مقیاس نانو را دقیقا مهار کرد، ممکن است اثرات مشابهی در سایر مواد الیافی یا نانوساختار دیده شود و جستجو برای فوم‌ها و الیافی را که می‌توانند نیروی مکانیکی را به خاطر بسپارند، گسترش می‌دهد.

توسط نویسنده ما سام جارمن، ویرایش شده توسط لیزا لاک، و بررسی واقعیت و بازبینی توسط رابرت ایگان برای شما - این مقاله نتیجه کار دقیق انسانی است. ما برای زنده نگه داشتن روزنامه نگاری علمی مستقل به خوانندگانی مانند شما متکی هستیم. اگر این گزارش برای شما مهم است، لطفا یک کمک مالی (به ویژه ماهانه) در نظر بگیرید. به عنوان تشکر، یک حساب کاربری بدون آگهی دریافت خواهید کرد.

Abhishek Gupta و همکاران، Enduring Mechanical Memory from the Constitutive Response of Elastically Recoverable Nanostructured Materials, Physical Review X (2026). DOI: 10.1103/n723-s2t6

نویسنده مشارکت کننده Science X; اخترفیزیک، مواد جدید، تصویربرداری پزشکی و فناوری الهام گرفته از زیست را پوشش می دهد. نمایه کامل →

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →