موتور نوترونی
(قابلیت موتور جدید، روند تحقیقات پیشرفتة خودرو را تسریع می‌کند.)
آزمایشگاه ملی اوک‌ریج (ORNL: Oak Ridge National Laboratory)، در حال طراحی یک موتور تحقیقاتی نوترونی با استفاده از امکانات موجود در منبع نوترونی در ORNL است، که به ارزیابی مواد و طرح‌های جدید وسایل نقلیة پیشرفته کمک می‌کند.
در جستجوی وسایل نقلیۀ پیشرفته، با بازدهی بالاتر و تولید آلاینده‌های بسیار کمتر؛ محققان این آزمایشگاه در حال ساخت و ارتقای یک موتور تحقیقاتی هستند که به دانشمندان و مهندسان، دید بی‌سابقه‌ای از عملکرد سطح اتمی موتورهای احتراق در واقعیت را ارائه می‌دهد.
این موتور به طور خاص، برای حرکت در داخل یک خط پرتو نوترونی ساخته شده‌است و یک محیط نمونۀ منحصر به فرد را فراهم می‌کند، که امکان بررسی تغییرات ساختاری در آلیاژهای جدید طراحی‌شده، برای محیط یک موتور احتراق پیشرفته با دمای بالا را در شرایط واقعی فراهم می‌کند.
آزمایشگاه ORNL برای اولین بار در سال 2017، از این قابلیت رونمایی کرد. در آن زمان محققان با موفقیت یک موتور کوچک و نمونۀ اولیه را با سرسیلندری که از آلیاژ آلومینیوم-سزیم با دمای بالا در آزمایشگاه ساخته شده بود، ارزیابی کردند. این آزمایش، اولین آزمایشی در جهان بود که در آن یک موتور در حال کار با پراش نوترونی، با استفاده از پراش‌سنج نوترون VULCAN در منبع نوترونی اسپلاسیون وزارت انرژی یا SNS، تجزیه و تحلیل شد.
نتایج این تحقیق نه تنها مقاومت آلیاژ منحصر به فرد را ثابت کرد، بلکه اهمیت استفاده از روش‌های غیرمخرب، مانند پراش نوترونی را برای تجزیه و تحلیل مواد جدید نشان داد.
محققان، علاقۀ زیادی به پیش‌بینی دقیق پدیده‌هایی مانند تلفات حرارتی، خاموش شدن شعله و تبخیر سوخت تزریق‌شده به سیلندر دارند و انتظار می‌رود داده‌های موتور نوترونی، درک جدیدی از چگونگی تغییر دمای اجزای فلزی موتور را در طول چرخۀ آن ارائه دهد.
ربات عضلانی
دانشمندانی از ژاپن، یک ربات دو پا طراحی کردند که از بافت عضلانی نیرو می‌گیرد. در مقایسه با ربات‌ها، بدن انسان انعطاف‌پذیرتر است و توانایی تبدیل انرژی به حرکت به طور موثر را داراست. طبق گفتۀ شوجی تاکئوچی از دانشگاه توکیو ،این محققان ژاپنی با الهام گرفتن از نحوۀ راه رفتن انسان، یک ربات بیوهیبرید دو پا، با ترکیب بافت‌های ماهیچه‌ای و مواد مصنوعی ساختند.
ربات تیم تحقیقاتی تاکئوچی، یک طراحی خلاقانه بر پایۀ ربات‌های بیوهیبریدی که در گذشته ساخته شدند و از ماهیچه‌ها بهره می‌برند، است. بافت‌های عضلانی، به ربات‌های بیوهیبرید امکان خزیدن و شنا کردن مستقیم به جلو می‌دهند و توانایی چرخش و چرخش تند، یک ویژگی ضروری این ربات‌ها برای اجتناب از برخورد به موانع است.
برای ساخت یک ربات هوشمندتر، که قادر به انجام حرکات ظریف باشد، آن ها یک ربات بیوهیبرید را طراحی کردند که راه رفتن انسان را تقلید می‌کند و قابلیت عملکرد در آب را نیز دارد. این ربات، دارای یک شناور فوم و پایه‌های وزنی است که به آن کمک می‌کند تا زیر آب مستقیم بایستد. اسکلت ربات عمدتاً از لاستیک سیلیکونی ساخته شده‌است تا بتواند خم شود و حرکاتش با حرکات ماهیچه‌ای مطابقت داشته باشد. به علاوه، نوارهایی از بافت ماهیچه‌های اسکلتی رشدیافته در آزمایشگاه به لاستیک سیلیکونی و هریک از پاهای ربات متصل شده‌اند.
هنگامی که محققان بافت عضلانی را با الکتریسیته متلاشی می‌کنند، عضله منقبض می‌شود و پا را به سمت بالا می‌برد و سپس، پاشنه پا با از بین‌رفتن برق به جلو فرود می‌آید. با تغییر تحریک الکتریکی بین پای چپ و راست در هر 5 ثانیه، ربات می‌تواند با موفقیت با سرعت 4/5 میلی‌متر در دقیقه راه برود.
همچنین، این تیم موفق شد با تحریک مکرر پای راست ربات در هر 5 ثانیه، در حالی که پای چپ آن به عنوان لنگر عمل می‌کند، کاری کند تا این ربات در 62 ثانیه، یک گردش 90 درجه به چپ را انجام دهد. آزمایش‌ها نشان می‌دهد که ربات دوپای عضلانی می‌تواند راه برود، بایستد و حرکات چرخشی دقیق انجام دهد.
این تیم قصد دارد مفاصل و بافت‌های عضلانی ضخیم‌تری را به این ربات اضافه کند تا قادر به انجام حرکات پیچیده‌تر و قدرتمندتری باشد. اما قبل از ارتقاء ربات با اجزای بیولوژیکی بیشتر، نیاز است که یک سیستم تامین مواد مغذی برای حفظ بافت‌های زنده و ساختار دستگاه که به ربات اجازه عملکرد در هوا را می‌دهد، با آن ادغام شود.
باتری تماماً جامد
«این طراحی راه را برای دسترسی به انرژی ایمن و ماندگارتر هموار می‌کند. »
پیشرفت در فناوری ساخت باتری‌های تمام جامد، با روش رسوب الکتریکی باعث افزایش کارایی و طول عمر باتری‌ها شده‌است. باتری‌هایی که در کاربردهای مختلفی مانند وسایل نقلیه الکتریکی و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، مورد استفاده قرار می‌گیرند، عموماً به الکترولیت‌های مایع متکی هستند و اشتعال پذیری این الکترولیت‌های مایع، خطر آتش‌سوزی را به همراه دارد. این امر باعث تلاش‌های تحقیقاتی مداوم، به منظور استفاده از الکترولیت‌های جامد و فلز لیتیوم در باتری‌های تمام جامد شده‌است که گزینۀ ایمن‌تری هستند.
تیم تحقیقاتی پروفسور سو جین پارک از دانشگاه پوهانگ در سال 2024 میلادی، عملکرد و دوام باتری‌های تمام جامد را با موفقیت افزایش داده‌است. در عملکرد این باتری‌ها، لیتیوم روی آند قرار می‌گیرد و حرکت الکترون‌ها برای تولید الکتریسیته مهار می‌شود. در طی فرآیند شارژ و تخلیه، فلز لیتیوم چرخۀ از دست دادن الکترون و تبدیل‌شدن به یون، بازیابی الکترون‌های ازدست‌رفته و ته‌نشینی مجدد به شکل فلزی خود را پشت‌سر می‌گذارد و رسوب الکتریکی بی‌رویۀ لیتیوم می‌تواند لیتیوم موجود را به سرعت تخلیه کند و منجر به کاهش قابل‌توجهی در سطح عملکرد و عمر باتری شود.
برای حل این مشکل، تیم پروفسور پارک یک لایۀ محافظ آندی که از یک چسب کاربردی تشکیل شده‌است، برای این باتری‌ها ایجاد کردند. این لایه، خواص انتقال استثنایی لیتیوم را نشان می‌دهد، از رسوب الکتریکی تصادفی جلوگیری می‌کند و تضمین می‌نماید که لیتیوم به طور یکنواخت از پایین سطح آند رسوب کند. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، این تیم تحقیقاتی تجزیه و تحلیلی را انجام دادند که رسوب الکتریکی و جداشدن پایدار یون‌های لیتیوم را تایید کرد.
این موضوع، به طور قابل توجهی مصرف غیرضروری لیتیوم را کاهش می‌دهد. باتری‌های تمام حالت جامد که توسط این تیم توسعه داده شده‌اند، عملکرد الکتروشیمیایی پایداری را در دوره‌های طولانی‌مدت، حتی با فلز لیتیوم به ضخامت 10 میکرومتر یا کمتر، ارائه می‌دهند.
از زمین تا مدار: پرینتر سه بعدی فلزی در فضا
شرکت‌های AddUp (تولید کننده تجهیزات اصلی با افزودنی‌های فلزی OEM) و Airbus (سازنده تولیدات هوافضایی)، برای ساخت اولین چاپگر سه‌بعدی فلزی خود در فضا، در سال 2016 با آژانس فضایی اروپا همکاری کردند که این همکاری به منظور فراهم‌کردن امکانات برای تولیدات فضایی بوده‌است. این دو شرکت، با ارائۀ انعطاف‌پذیری و راحتی در ساخت اجزای حیاتی فضایی در فضا، به استقبال عصر جدیدی از اکتشافات فضایی می‌روند.
در حالی که پرینترهای سه‌بعدی مبتنی بر پلیمر در ایستگاه بین‌المللی فضایی استفاده شده‌است، چاپگرهای سه‌بعدی فلزی چالشی جدید هستند که به دلیل دمای بالا، نیاز به اقدامات احتیاطی بیشتری دارند. توسعۀ پرینتر سه‌بعدی فلزی AddUp و Airbus، به طیف وسیعی از تحقیقات و تخصص مهندسی متکی است. چاپگر تحت طراحی و بهینه‌سازی دقیق قرار گرفته‌است تا نیازهای محیط فضایی منحصر به فرد ایستگاه بین‌المللی فضایی را برآورده کند.
در آزمایشی، چهار جزء فلزی چاپ و سپس با اجزای چاپ‌شده روی زمین، تجزیه، تحلیل و مقایسه خواهد شد. این آزمایش روی قابلیت استفاده از پرینتر سه‌بعدی فلزی در فضا متمرکز شده‌است. در صورت موفقیت، راه‌حل Airbus و AddUp، زمینه را برای ساخت آینده در فضا فراهم می‌کند و باعث می‌شود قطعات یدکی و اصلی در فضا ساخته شوند و نیازی به حمل و نقل قطعات از زمین، که گاهی ممکن است تا 12 ماه طول بکشد، نباشد.
