هواپیماهای تغییر شکل دهنده می‌توانند با آلیاژ جدیدی که 20 برابر کشیده می‌شود ممکن شوند
پژوهشگران موسسه ملی علوم مواد ژاپن با ترکیب فلزات تیتانیوم و نیکل، آلیاژی بسیار انعطاف‌پذیر ساخته‌اند که می‌تواند جزء اساسی برای ساخت هواپیماهای تغییر شکل دهنده یا عضلات مصنوعی فوق‌العاده قوی باشد.
این آلیاژ به اندازه فولاد قوی است ولی مانند لاستیک در شرایط محیطی خاص کشیده می‌شود.
هواپیماهای تغییر شکل دهنده هنوز در حوزه علم تخیلی قرار دارند زیرا دانشمندان در توسعه ماده‌ای که به اندازه کافی انعطاف‌پذیر و قوی برای تحمل شرایط پرواز باشد، با چالش مواجه بوده‌اند.
همواره یک تعادل میان قدرت و انعطاف‌پذیری وجود دارد، یکی به هزینه دیگری دست‌یافتنی است. در حالی که یک هواپیمای انعطاف‌پذیر و تغییر شکل دهنده می‌تواند مزایای زیادی از جمله افزایش بهره‌وری انرژی و حمل و نقل سریع‌تر داشته باشد، این اهداف نمی‌توانند با به خطر انداختن ایمنی مسافران با استفاده از ماده‌ای که فاقد قدرت کافی است، محقق شوند.
پژوهشگران موسسه ملی علوم مواد (NIMS) ژاپن ممکن است راهی برای تصمیم‌گیری میان قدرت و انعطاف‌پذیری در یک ماده بدون ایجاد هرگونه فداکاری در هیچیک، یافته باشند.
آلیاژ تیتانیوم و نیکل
تحقیقات قبلی در این زمینه نشان داده‌اند که آلیاژی از تیتانیوم و نیکل دارای ویژگی‌های خاصی است، مانند کشش به حدهایی بسیار بالاتر از سایر آلیاژهای فلزی در عین حفظ شکل جدید خود. هنگامی که دمای آلیاژ افزایش یابد، می‌تواند به شکل اصلی خود بازگردد.
در حالی که این ویژگی‌ها آلیاژ را به گزینه‌ای عالی برای ساخت هواپیمای تغییر شکل دهنده تبدیل می‌کنند، محدودیتی که محققان در استفاده از آن مواجه بودند، محدودیت‌هایی بود که این آلیاژ تحت این شرایط نمایش می‌داد.
این ماده، اگرچه قوی و انعطاف‌پذیر بود، تنها در دماهای خاص این ویژگی‌ها را نمایش می‌داد، که به شدت کاربردهای آن را محدود می‌کرد. تیم تحقیقاتی به رهبری شیاوبینگ رن، پروفسور در NIMS، یک روش سه‌مرحله‌ای برای نمایش این ویژگی‌ها در آلیاژ در دماهای مختلف طراحی کرد.
روش سه‌مرحله‌ای
ابتدا پژوهشگران آلیاژ را تغییر شکل داده و آن را بیش از ۵۰ درصد کشیدند، سپس آن را تا دمای ۳۰۰ درجه سانتیگراد (۵۷۲ فارنهایت) گرم کرده و مجدداً آن را کشیدند. در مرحله نهایی، پژوهشگران آلیاژ را تنها ۱۲ درصد کشیدند، اما در پایان فرآیند، این ماده قادر به تحمل فشار حدود ۱۸،۰۰۰ برابر فشار جوی شد، که عملکرد قدرت آن را قابل مقایسه با فولاد می‌کند در حالی که ۲۰ برابر انعطاف‌پذیرتر از آلیاژ رایج است.
مهم‌تر از همه، آلیاژ تیتانیوم-نیکل اکنون این رفتار را در گستره وسیعی از دما از منهای ۸۰ درجه تا ۸۰ درجه سانتیگراد (منهای ۱۱۲ تا ۱۷۶ درجه فارنهایت) نشان می‌دهد.
در مصاحبه با New Scientist ، رن توضیح داد که آلیاژ این ویژگی‌ها را به دلیل رفتار مانند شیشه نشان می‌دهد. با این حال، در مقایسه با شیشه معمولی، آلیاژ دارای مناطقی با بذور که باعث تغییر شکل می‌شوند، است.
به زبان ساده، آلیاژ دارای مناطقی است که مولکول‌ها به گونه‌ای چیدمان یافته‌اند که از تغییر شکل ماده پشتیبانی می‌کند به جای اینکه شکسته شود. عدم وجود چنین بذور در شیشه آن را شکننده می‌کند، در حالی که وجود آنها این ماده را به شدت انعطاف‌پذیر می‌کند.
از آنجایی که روش توسعه ماده ساده است، می‌توان آن را به راحتی در آزمایشگاه‌های دیگر تکثیر کرد و همچنین برای پذیرش صنعتی به مقیاس بزرگ مناسب است. با این تحقیق، کار بر روی ساخت هواپیماهای تغییر شکل دهنده می‌تواند بالاخره آغاز شود.
مراجعات مطالعاتی در مجله Nature منتشر شده‌اند.
