استفاده ناسا از شیشه های فلزی در ساخت ربات ها

ناسا در حال ساخت نوع خاصی از شیشه‌های فلزی است تا در نسل آینده‌ی ربات‌های کاوشگر از آن استفاده کند. شیشه‌ی فلزی نوعی ماده‌ی بادوام و بسیار محکم است که می‌تواند در دماهای بسیار پایین خواص خود را به‌خوبی حفظ ‌کند. ویژگی اخیر شیشه‌ی فلزی برای تجهیزات و ربات‌هایی که در سیاره‌هایی با دمای بسیار پایین به کاوش می‌پردازند، حیاتی است.

سیاره‌نوردهای امروزی مانند کیوریاسیتی (Curiosity)، که اکنون در حال کاوش روی مریخ است، برای کار کردن در دماهای پایین به مایع روان‌کننده‌ی گرم نیاز دارند. این امر به مصرف نیرو و سوخت‌های پرهزینه منتهی شده است. اما به‌تازگی نوعی شیشه‌ی جدید با نام BMG معرفی ‌شده است که می‌تواند باعث صرفه‌جویی در مصرف منابع انرژی شود. از طرفی ممکن است ماده‌ی فوق در کره‌ی زمین هم دارای کاربرد‌های مفیدی باشد. به‌عنوان مثال می‌توان از این ماده برای ساخت مفاصل رباتیک و یا چرخ‌دنده‌های ارزان، انعطاف‌پذیر و مقاوم استفاده کرد. پیتر دیلون، مدیر برنامه‌ی ناسا در این مورد می‌گوید:

استفاده از این ماده در تجهیزات مورد استفاده در دمای بسیار پایین قمرهای یخی (مانند قمر اروپا) قواعد بازی را برای دانشمندان تغییر می‌دهد. دیگر نیازی نخواهد بود برای گرم کردن مایع روان‌کننده‌ی چرخ‌دنده‌ها، انرژی تجهیزات علمی را هدر دهیم. از این‌رو می‌توان انرژی باارزش باتری را حفظ کرد.

ماده‌ی BMG کشف جدیدی نیست، اما دانشمندان با استفاده از آن در تجهیزات سخت‌افزاری مانند ربات‌ها و سیاره‌نورد‌ها به مشکل برخورده‌اند. عنصر حیاتی در ساخت BMG گرما است. با گرم کردن این ماده و تبدیل آن به مایع، اتم‌‌ها از ساختار منظم خود رها می‌شوند، سپس با سرد کردن سریع مایع (با نرخی در حدود ۱۰۰۰ درجه‌ی سلسیوس در ثانیه) این اتم‌های نامنظم و خارج از ساختار کریستالی در مکان‌های خود به دام می‌افتند.

این فرآیند منجر به تولید ماده‌ی فلزی بسیار سختی می‌شود که هم‌زمان برخی از خاصیت‌های شدتی مایعات را در خود دارد، به این ترتیب BMG دارای انعطاف‌پذیری و مقاومت بی‌مانندی می‌شود.

اگر بخواهیم از لحاظ فنی صحبت کنیم؛ BMG در واقع نوعی شیشه است و با دریافت گرما همانند پلاستیک به حالت روان درمی‌آید و در این حالت می‌توان آن را به شکل‌های مختلف درآورد. همچنین از آنجایی که طی فرآیند ساخت، BMG سریعا سرد می‌شود، اتم‌های آن فرصت ندارند خود را در یک قالب منظم قرار دهند، از این‌رو وجود چنین ساختار نامنظمی در اتم‌های BMG باعث کاهش نقاط آسیب‌پذیر آن می‌شود و به این ترتیب مقاومت آن افزایش پیدا می‌کند.

آخرین آزمایش‌های ناسا نشان می‌دهد چرخ‌دنده‌های ساخته‌شده از BMG گشتاور بسیار بالایی را تحمل می‌کنند. این در حالی است که چرخ‌دنده‌های یادشده حتی در دماهای بسیار پایین (منفی ۲۰۰ درجه‌ی سلسیوس) می‌توانند به نرمی حرکت کنند.

همچنین محققان ثابت کرده‌اند که از این نوع شیشه‌ی فلزی می‌توان در بخش‌های گران‌قیمت ربات‌ها و به‌عنوان نمونه در مفاصل رباتی که در واقع محل اتصال قسمت‌های مختلف یک ربات به شمار می‌روند، استفاده کرد. ناسا اعلام کرده است استفاده از BMG در ساخت ربات‌ می‌تواند به کاهش محسوس هزینه‌های تولید منجر شود. رهبر تیم تحقیقاتی، داگلاس هافمن درباره‌ی کاربردهای BGM می‌گوید:

علاوه بر کاربرد BGM در حوزه‌ی تجهیزات فضایی، استفاده‌ی انبوه از این نوع شیشه‌ی فلزی در ساخت ربات‌ها می‌تواند تاثیر زیادی بر بازار فروش ربات بگذارد. این موضوع به خصوص در مورد ربات‌های انسان‌نما محسوس‌تر خواهد بود؛ به این دلیل که اتصالات دست و پا باید بدون هیچگونه ارتعاشی حرکت کنند.

یافته‌های این تحقیق در دو مقاله‌ی جداگانه در مجله‌های Advanced Engineering Materials  وScientific Reports منتشر شده است.