Michigan Üniversitesi ve ABD Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı (AFRL) liderliğindeki bir araştırma ekibi, doğada görülmemiş mekanik özelliklere sahip yapıları, 3D yazıcılarla üretmeyi başardı. Araştırmacılar, bu yapıları karmaşık tüpler şeklinde tasarlayarak titreşimleri pasif olarak engelleme özelliği kazandırdı. Söz konusu bulgular, Physical Review Applied dergisinde yayımlandı.
TİTREŞİME SON VİZYONU
Yapıların özellikle ulaşım, inşaat mühendisliği ve titreşim azaltma ihtiyacı duyulan diğer alanlarda potansiyel uygulamalara sahip olduğu belirtiliyor. Ekip, onlarca yıllık teorik ve hesaplamalı araştırmaları bir araya getirerek, bir uçtan diğerine hareket eden titreşimlerin önünü kesen özel geometrik yapılar inşa etti.
Araştırmanın AFRL tarafındaki yürütücülerinden James McInerney, bu tür yapıların artık yalnızca bir fikir değil, üretilebilecek gerçek nesneler olduğunu vurguladı. McInerney daha önce Michigan Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olarak çalışmıştı ve çalışmanın yazarlarından fizik profesörü Xiaoming Mao ile bu süreçte iş birliği yaptı.
KİMYADAN GEOMETRİYE KAYIŞ
Bilim insanları, kimyasal değişiklik yerine, geometrik yapıların sıra dışı ve kullanışlı özellikler kazandırdığı bu metamalzemelerin, nanometre ölçeğinden makro ölçeğe kadar her düzeyde uygulanabilir olduğunu ifade ediyor. Bu durum, doğada da görülebiliyor. Örneğin insan kemikleri ve plankton kabukları, karmaşık geometrileri sayesinde dayanıklılık kazanıyor.
ÜRETİMDE YENİ DÖNEM
James McInerney, geliştirilen bu yapıların, klasik yapı mühendisliği, modern fizik ve 3D yazıcı gibi ileri üretim tekniklerinin bir birleşimi olduğunu aktardı. Araştırmacılar, belirli malzemelerin moleküler yapısını değiştirmeden, yalnızca geometrik formunu değiştirerek nasıl farklı davranışlar sergileyebileceğini keşfetmeye odaklandı.
Bu yaklaşımın temelinde 19. yüzyılda fizikçi James Clerk Maxwell’in ‘Maxwell kafesleri’ olarak bilinen tekrarlayan geometrik birimler üzerinden geliştirdiği teoriler bulunuyor. Maxwell’in elektromanyetizma ve termodinamik alanındaki ününün yanı sıra, mekanik yapıların kararlılığı üzerine de katkılar sunduğu belirtiliyor.
TOPOLOJİK YAKLAŞIMLAR ÖNEDE
Yapıların geliştirilmesinde etkili olan bir diğer teori ise 20. yüzyılın ikinci yarısında ortaya çıkan topoloji kavramı. Bu alanda yapılan araştırmalar, özellikle malzemelerin kenar ve sınır bölgelerinde beklenmedik davranışlar ortaya çıkabileceğini gösterdi. McInerney ve ekibi, yaklaşık on yıl önce yapılan öncü bir çalışmadan ilhamla, bu topolojik davranışın titreşim yalıtımı üzerindeki etkilerini inceledi.
Sonuç olarak geliştirilen yeni yapı, titreşimleri engelleyen ancak aynı zamanda oldukça hafif olan bir tasarımı ortaya koyuyor. 3B yazıcıyla naylon kullanılarak üretilen bu yeni nesil yapıların, modellenen teorik tasarımlarla büyük oranda uyuştuğu gözlendi.
KAGOME TÜPLER SAHNEDE
Bu özel yapılar, iç içe geçmiş ve sarılmış zincir örgüsü şeklindeki katmanlardan oluşuyor. Fizikçiler bu tasarımı, geleneksel Japon sepet örgüsünden esinlenerek kagome tüpleri olarak adlandırıyor. Bu mimari hem esnekliği hem de titreşim sönümleme kapasitesiyle öne çıkıyor.
Ancak araştırma henüz yolun başında. Ekip, bir yapının titreşimleri ne kadar başarılı engelliyorsa, aynı oranda daha az yük taşıyabildiğini de keşfetti. Bu durum, gerçek dünya uygulamalarında bazı ödünleşmeleri beraberinde getirebilir.
YENİ STANDARTLAR GEREKİYOR
McInerney, bu tür yeni nesil yapıların test edilmesi, değerlendirilmesi ve mühendislik süreçlerine entegre edilmesi için yeni standartlara ihtiyaç olduğunu belirtti. Araştırma, yalnızca yapıların nasıl üretileceği değil, aynı zamanda bu yapıların nasıl değerlendirileceği, nasıl test edileceği ve nasıl tasarım süreçlerine entegre edileceği gibi temel sorulara da yanıt arıyor.
