Üçü yarının malzemelerini alıyor

Mueller’in takip etmeyi seçtiği çoğu proje gibi bunlar da bilgisayarda yapabileceğiniz şeyleri fiziksel dünyaya taşıyor. Ancak daha genel olarak konuşursak, her zaman bir “vay” faktörü arıyor. “Bir projeye bakıp ‘Vay canına, bunun dünyayı nasıl değiştirdiğini gerçekten görebiliyorum’ derseniz, o zaman onu anlamasanız bile onun hakkında daha fazla şey öğrenmek istersiniz” diyor. “Arkasında büyük bir vizyon olan, önce insanları çekecek ve bundan zevk alabilecek fikirleri seçmeye çalışıyoruz. O zaman tüm bilim ve teknik detayları konuşabiliriz.”

Makro görüşlü nano tasarımlar

Hassas bir şekilde nano ölçekte tasarlanan malzemeler, yararlı nesneler yapacak kadar ölçeklendirilirse heyecan verici uygulamalara sahip olabilir. Carlos Portela, bunları makro ölçekte yapmak için yeni malzemeler ve teknikler geliştiriyor.

Yere seramik bir kupa düşürürseniz, kırılma olasılığı yüksektir. Bununla birlikte, aynı seramik malzeme son derece ince olduğunda, Carlos Portela’nın bir video ile gösterebileceği gibi, garip bir şey olur. Ekranında, birbirine bağlı seramik kabuklardan oluşan bir ağdan yapılmış, her bir tarafı sadece 120 mikrometre olan bir küp var – kıyaslandığında yumurta kabukları kalın. Bir İngiliz olan Portela (1961) ve Alex (1949) d’Arbeloff Kariyer Geliştirme Makine Mühendisliğinde Yardımcı Doçent, kabuk duvarlarından birini işaret ediyor. “Bu sadece 11 nanometre kalınlığında” diyor. Bu, yaklaşık 30 atom genişliğine eşdeğerdir. “Bastıracağım [the cube] yüksekliğinin yarısına kadar” diye ekliyor. “Seramiğin ne yapmasını beklersiniz?”

Herhangi bir makul insan onun yüz parçaya ayrılmasını beklerdi. Ancak bir yük küpü sıkıştırdığında, bir sünger gibi bükülür ve kırışır; yük kaldırıldığında, küp eski haline döner. “Bu temelde bir kahve kupasıyla aynı malzeme,” diyor Portela sırıtarak masasındaki birine işaret ederek. “Ve dikkat çekici bir şekilde, herhangi bir çatlak bile görmüyoruz.” Tamamen yeni bir madde gibi.

Portela, tüm insanlık tarihi boyunca, inşa ettiğimiz malzemelerin (kaya, metal, seramik, plastik ve köpük) nispeten sınırlı fiziksel özelliklere sahip olduğunu söylüyor. Arzu edilen bir özelliği elde etmek için, inşaatçılar genellikle bir diğerinden ödün vermek zorundadır. Örneğin, sert malzemeler çok hafif değildir ve hafif malzemeler çok sert değildir.

Ancak son on yılda mühendisler, daha önce bir arada bulunmayan arzu edilen özellikleri birleştiren yeni malzemeler yaratmak için nano ölçekte tasarım yapmaya başladılar. Mimari malzemeler veya meta malzemeler olarak bilinen bunlar, seramik ve polimerler gibi iyi bilinen özelliklere sahip malzemelerin kombinasyonlarıdır. Ancak nano ölçekte nasıl inşa edildiklerini manipüle etmek, onların tanıdık öncüllerinden tamamen farklı davranmalarına neden oluyor. Portela, karbon yapıların hem güçlü hem de enerji emici olabileceğini ve metalik malzemelerin süper hafif olacak şekilde tasarlanabileceğini söylüyor. Akustik dalgaları odaklayabilen mercekler gibi davranmak için başka malzemeler yapılabilir. Uçaklar ve roketler için en büyük sınırlayıcı faktörün, yapıldıkları malzemelerin ağırlığı olduğu göz önüne alındığında, hem güçlü hem de hafif olan yeni malzemeler, belirli bir miktarda yakıtla uçabilecekleri mesafeyi önemli ölçüde artırabilir.

Portela’nın Killian Court’a bakan penceresindeki gümüş bir uçak modeli, onun erken dönem uçak sevgisini kanıtlıyor. Kolombiya’da büyüdüğü için pilot olmak istiyordu. Güney Kaliforniya Üniversitesi’nde havacılık ve uzay mühendisliği okudu ve pilot lisansını aldı, ancak uluslararası bir öğrenci olarak büyük bir uçak şirketinde staj yapmakta güçlük çekti. O zamana kadar, nanomühendisliğin potansiyelinden büyülenmişti ve Caltech’te konuyla ilgili bir doktora programına girdi ve burada mimari malzemelerde öncü olan Julia Greer ’97 ile çalıştı. Greer, yeni özelliklere sahip malzemeler haline gelebilecek karmaşık nano ölçekli kafesler oluşturmak için ince ayarlı 3D yazıcılar kullanarak deneyler yapıyordu. Portela, “Buna olan enerjisi ve tutkusu bulaşıcıydı” diyor. “’Bunu yapmak istiyorum’ dedirtti.”

Teknikler ne kadar devrimci olsa da, aynı zamanda sınırlıdırlar. Bir yazıcının birkaç milimetre kalınlığındaki bir küpü basması aylar değilse de haftalar alabilir, bu da yeni nesneler tasarlamayı ve yaratmayı sıkıcı hale getirir. Portela, “Gerçek hayattaki uygulamalar, elinizde tutacak kadar büyük bir nanomalzeme yapmanızı gerektiriyor” diyor. İşte burada araştırması devreye giriyor. Mimari materyaller yapmak için, bazıları hiç 3D yazıcı gerektirmeyen yeni teknikler geliştiriyor.