مادة بمواصفات خارقة تمنع مرور الأشعة تحت الحمراء

مادة بمواصفات خارقة تمنع مرور الأشعة تحت الحمراء تابعو معنا كيف بهاد المقال

تصميم مادة فائقة الامتصاص لمجال ترددي واسع بمساعدة نموذج مستنتج من خوارزمية الجينات

استطاع مجموعة من المهندسين تصنيع مادة تتميز بقدرتها على امتصاص أشعة بترددات واسعة النطاق ضمن مجال الأشعة تحت الحمراء وذلك باستخدام الخوارزميات الجينية*(الخوارزمية الجينية Genetic algorithm: خوارزمية بحث تجريبي تندرج ضمن الذكاء الصنعي في علوم الحاسب، وتقوم على مبدأ محاكاة عملية الانتقاء والاختيار الطبيعية، وتهدف لإيجاد مجموعة من الحلول المفيدة لعمليات والبحث. تنتمي هذه الخوارزميات إلى عائلة أكبر هي evolutionary algorithms الخوارزميات التطورية. [2]). وبحسب هؤلاء المهندسين فإن هذه المواد الفائقة (metamaterials) تستطيع أن تخفي الأجسام عن أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء، ولها القدرة على حماية المواد من الإشعاعات ويمكن أن يتم تصنيعها لتشمل عدداً كبيراً من أطوال الموجة (wavelengths).

وبحسب الخبراء فإنه سبق وتم تصميم مواد ذات قدرة عالية على امتصاص الترددات ضمن مجال تردد ضيق، لكن هذه هي المرة الأولى التي يتم تصميم مادة تستطيع أن تغطي حزماً واسعة جداً من الترددات ضمن طيف الأشعة تحت الحمراء.

من المفيد أن نستطيع تصميم مادة واحدة تستطيع الحماية من إشعاع الحقل الكهرطيسي (electromagnetic) في مجال واسع من أطوال الموجة (الترددات). وبغية جعل هذه المادة أكثر فعالية قام العلماء بدراسة الذهب والفضة والبالاديوم (palladium)، ولاحظوا أن البالاديوم يستطيع تغطية أكبر مجال ترددي ممكن.

فتم تشكيل المادة الفائقة الجديدة بحيث تتكون من ثلاثة طبقات فوق قاعدة من السيليكون: تتكون الطبقة الأولى من البالاديوم تليها طبقة من البوليميد (polyimide) وفي الأعلى توجد طبقة شاشة البالاديوم، حيث يتم تشكيل الشاشة بطريقة معقدة وتعمل على حجب مختلف الأطوال الموجية، وكلما استطعنا بناء الشاشة بحيث تحوي نقوشاً (فتحات) أصغر بكثير من طول الموجة كلما كان بإمكان المادة العمل بفعالية أكبر على الامتصاص، وتستطيع في هذه الحالة امتصاص حتى 90% من إشعاعات الأشعة تحت الحمراء التي ترد بسرعة زاوية قدرها درجة 55 على سطح الشاشة. يتم أخيراً تغليف جميع الطبقات بطبقة من البوليميد الذي يساهم إلى جانب حماية الشاشة، إلى تقليص حالة عدم التطابق التي تحدث عند انتقال موجة من الهواء إلى الجهاز .

آلية العمل: استخدم الباحثون لتشكيل شاشة مناسبة للمادة الفائقة الخوارزميات الجينية، وقاموا بترميز الأنماط في الشاشة عن طريق سلسة من الواحدات والأصفار 1 و 0، وقامت الخوارزمية باختيار عشوائي للأنماط لتشكيل النماذج الأولية للتصميم المراد الحصول عليه. ثم قامت الخوارزمية بتجريب الأنماط حيث احتفظت بالأفضل فقط واستبعدت البقية، لاحقاً تم تعديل الأنماط الأفضل التي تم الإبقاء عليها بشكل عشوائي أيضاً واعتبرت جيلاً ثانياً. ثم تم استخدام الخوارزمية من جديد لاستبعاد الأنماط السيئة والاحتفاظ بالأفضل، وتم تكرار العمل لإنتاج عدة أجيال وصولاً إلى الجيل الذي امتلك أفضل نموذج يحقق أهداف التصميم (علماً أن مواصفات النموذج الذي تم الوصول إليه تجاوزت الهدف المراد بكفاءتها وجودتها). وقد تم عرض النتائج الأخيرة في العدد الجديد من مجلة ACS Nano.

يقول بروفيسور مشرف على العمل بأن الخوارزميات الجينية مكنتنا من الحصول على تغطية أوسع عرض مجال ترددي ممكن، في حين كانت محاولات الباحثين السابقة تعتمد على محاولة تغطية حزمة ترددية باستخدام عدة طبقات من المواد لكن كانت هذه الطريقة صعبة التصنيع ولم يتم تسجيل تقدم ذو أهمية فيها. أما المادة الفائقة التي تم الوصول إليها، فتمتاز بسهولة تشكيلها لأنها عبارة عن طبقات من معدن أو بلاستيك لا تحتاج لتشكيل (بناء) معقد بشكل كبير. [1]

المصادر:

هنا

هنا

مصدر الصورة: هنا