दीमक की नकल करके नई सामग्री उत्पन्न करें

रास्ते से प्रेरित दीमक घोंसले बनाने के लिए, कैल्टेक शोधकर्ताओं ने नई सामग्रियों को डिजाइन करने के लिए एक ढांचा विकसित किया है जो प्राकृतिक विकास पैटर्न में छिपे मौलिक नियमों की नकल करते हैं। शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि इन नियमों का उपयोग विशिष्ट प्रोग्राम योग्य गुणों के साथ इंजीनियर सामग्री बनाने के लिए किया जा सकता है।

स्वाज़ीलैंड में मुरिलवाने वन्यजीव अभयारण्य में दीमक का टीला। छवि क्रेडिट: बर्नार्ड गगनॉन विकिमीडियासीसी बाय-एसए 4.0

के नेतृत्व में एक अध्ययन चियारा डालाओजी ब्रैडफोर्ड जोन्स द्वारा मैकेनिकल इंजीनियरिंग और एप्लाइड फिजिक्स और हेरिटेज मेडिकल रिसर्च इंस्टीट्यूट इंवेस्टिगेटर के प्रोफेसर, पत्रिका में प्रकाशित किया गया था। रसायन विज्ञान.

डारियो कहते हैं, “दीमक केवल कुछ मिलीमीटर लंबे होते हैं, लेकिन उनके घोंसले 4 मीटर ऊंचे हो सकते हैं – उतनी ही ऊंचाई पर इंसान कैलिफ़ोर्निया में माउंट व्हिटनी जितना ऊंचा घर बनाते हैं।” कहते हैं। एक दीमक के घोंसले के अंदर झाँकते हुए, हम असममित, परस्पर संरचनाओं का एक नेटवर्क देखते हैं, जैसे कि ब्रेड या स्पंज का आंतरिक भाग। यद्यपि यह अराजक और अनियमित संरचना रेत, धूल, गंदगी, लार और मल के दानों से बनी प्रतीत होती है, दीमक के घोंसले विशेष रूप से स्थिरता और वेंटिलेशन के लिए अनुकूलित होते हैं।

“यह समझकर कि दीमक घोंसले के निर्माण में कैसे योगदान करते हैं, हमने सोचा कि हम अद्वितीय यांत्रिक गुणों के साथ निर्माण सामग्री को डिजाइन करने के लिए सरल नियमों को परिभाषित कर सकते हैं,” डारियो ने कहा। वृद्धि। निर्माण सामग्री झागदार या मिश्रित ठोस पदार्थ होते हैं जो नैनो से माइक्रोमीटर पैमाने पर 3डी संरचनाओं में व्यवस्थित बिल्डिंग ब्लॉक्स बनाते हैं। अब तक, निर्माण सामग्री के क्षेत्र में मुख्य रूप से आवधिक संरचनाओं पर ध्यान केंद्रित किया गया है। ऐसी संरचनाओं में एकसमान आकार की इकाई कोशिकाएँ होती हैं, जैसे कि अष्टफलक और घन। इन इकाई कोशिकाओं को फिर एक जाली संरचना बनाने के लिए दोहराया जाता है। हालांकि, आदेशित संरचनाओं पर फोकस ने निर्माण सामग्री के कार्य और उपयोग को सीमित कर दिया है।

“चक्रीय आर्किटेक्चर हमारे लिए इंजीनियरों के लिए उपयोगी हैं क्योंकि वे हमें गुणों का विश्लेषण करते समय धारणा बनाने की अनुमति देते हैं। कहते हैं। दीमक के घोंसले जैसी अराजक संरचनाएं आवधिक संरचनाओं की तुलना में प्रकृति में अधिक सामान्य हैं और अक्सर बेहतर प्रदर्शन का प्रदर्शन करती हैं, लेकिन अब तक, इंजीनियरों को उन्हें डिजाइन करने का कोई विश्वसनीय तरीका नहीं मिला है।

डारियो कहते हैं, “इस समस्या से निपटने का पहला तरीका दीमक के स्टॉक की सीमित संख्या पर विचार करना था।” घोंसला बनाते समय, दीमक के पास पूरे घोंसले का खाका नहीं होता है। निर्णय केवल स्थानीय नियमों के आधार पर किए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, दीमक अपने घोंसलों के पास पाए जाने वाले रेत के दानों का उपयोग करते हैं और अन्य दीमकों से सीखी गई प्रक्रियाओं के अनुसार उन्हें मिलाते हैं। अतिरिक्त स्थिरता के लिए अर्ध-चंद्रमा के आकार के बगल में रेत का एक गोल दाना फिट हो सकता है। आसन्नता के ऐसे बुनियादी नियम बता सकते हैं कि दीमक के घोंसले कैसे बनाए जाते हैं। “हमने समान नियमों का उपयोग करके सामग्री डिजाइन के लिए एक संख्यात्मक कार्यक्रम बनाया है जो परिभाषित करता है कि सामग्री के दो अलग-अलग ब्लॉकों को एक साथ कैसे चिपकाया जा सकता है,” वह कहती हैं।

एल्गोरिथ्म, जिसे डारियो और टीम ने “वर्चुअल ग्रोथ प्रोग्राम” करार दिया, जैविक संरचनाओं के प्राकृतिक विकास, या दीमक के घोंसले के उत्पादन का अनुकरण करता है। रेत और धूल के दानों के बजाय, आभासी विकास कार्यक्रम अपने स्वयं के भौतिक ज्यामिति या बिल्डिंग ब्लॉक्स और आसन्न दिशानिर्देशों का उपयोग करते हैं कि उन बिल्डिंग ब्लॉकों का पालन कैसे किया जाना चाहिए। इस प्रारंभिक कार्य में उपयोग किए गए आभासी ब्लॉकों में एल-आकार, आई-आकार, टी-आकार और +-आकार शामिल हैं। इसके अतिरिक्त, प्रत्येक बिल्डिंग ब्लॉक को सीमित संसाधनों को समायोजित करने के लिए उपलब्धता पर एक परिभाषित सीमा दी जाती है जो प्रकृति में दीमक का सामना कर सकते हैं। इन बाधाओं का उपयोग करते हुए, प्रोग्राम ग्रिड पर आर्किटेक्चर का निर्माण कर सकते हैं और उन आर्किटेक्चर को 2D या 3D भौतिक मॉडल में बदल सकते हैं।

“हमारा लक्ष्य कुछ बुनियादी आकृतियों, जैसे सीधी रेखाएं, क्रॉस, या ‘एल’ आकार के संयोजन की जगह द्वारा परिभाषित गुणों के साथ अराजक ज्यामिति उत्पन्न करना है। ये ज्यामिति हैं हम निर्माण की विभिन्न सामग्रियों के साथ 3 डी प्रिंट कर सकते हैं, इस पर निर्भर करता है आवेदन की आवश्यकताएं, “डारियो कहते हैं।

आभासी विकास कार्यक्रम द्वारा बनाई गई प्रत्येक ज्यामिति अद्वितीय है, जो दीमक के घोंसलों की यादृच्छिकता को दर्शाती है। उदाहरण के लिए, एल-आकार के बिल्डिंग ब्लॉक की उपलब्धता को बदलने से संरचनाओं का एक नया सेट बनता है। दारियो और टीम ने आभासी आदानों के साथ प्रयोग किया और 54,000 से अधिक नकली वास्तुकला नमूने तैयार किए। नमूनों को विभिन्न यांत्रिक गुणों वाले समूहों में समूहित किया जा सकता है जो यह निर्धारित करते हैं कि सामग्री कैसे विकृत, कठोरता या घनत्व है। बिल्डिंग ब्लॉक लेआउट, संसाधन उपलब्धता और परिणामी यांत्रिक विशेषताओं के बीच संबंधों को रेखांकन करके, डारियो और टीम उन नियमों का विश्लेषण कर सकते हैं जो अराजक संरचनाओं के अंतर्गत आते हैं। यह सामग्री विश्लेषण और इंजीनियरिंग के लिए एक पूरी तरह से नया ढांचा है।

“हम सामग्री डिजाइन के बुनियादी नियमों को समझना चाहते हैं और ऐसी सामग्री बनाना चाहते हैं जो आज हम इंजीनियरिंग में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों से बेहतर प्रदर्शन करते हैं,” डारियो कहते हैं। “उदाहरण के लिए, हम ऐसी सामग्री बनाने की कल्पना करते हैं जो हल्की हों लेकिन कम भंगुर हों और यांत्रिक झटके और कंपन को बेहतर तरीके से अवशोषित करें।”

आभासी विकास कार्यक्रम, घोंसले की संरचना की नकल करने के बजाय, दीमक के घोंसले का अनुकरण करके अव्यवस्थित पदार्थ की अज्ञात सीमाओं की पड़ताल करता है। “इस शोध का उद्देश्य पहले अप्रयुक्त डिज़ाइन और विश्लेषण टूल का उपयोग करके यांत्रिक और अन्य कार्यात्मक गुणों में सुधार करने के लिए भौतिक विकार को नियंत्रित करना है,” डारियो ने कहा। मैं यहां हूं।

बेन पेल्ट्ज़ो द्वारा लिखित

चटनी: कैलटेक