مانند بسیاری از پروژههایی که مولر برای دنبال کردن انتخاب میکند، این پروژهها کارهایی را که میتوانید روی رایانه انجام دهید به حوزه فیزیکی وارد میکنند. اما به طور کلی تر، او همیشه به دنبال یک عامل “واو” است. او میگوید: «اگر به پروژهای نگاه میکنید و میگویید «وای، من واقعاً میتوانم ببینم که چگونه دنیا را تغییر میدهد»، حتی اگر آن را درک نکنید، میخواهید بیشتر در مورد آن بدانید. ما سعی میکنیم ایدههایی را انتخاب کنیم که چشمانداز بزرگی در پشت خود دارند، که ابتدا افراد را جذب میکنند تا بتوانند از آن لذت ببرند. سپس می توانیم در مورد تمام جزئیات علمی و فنی صحبت کنیم.
طراحی های نانو با دید کلان
موادی که دقیقاً در مقیاس نانو طراحی شدهاند، میتوانند کاربردهای هیجانانگیزی داشته باشند، اگر به اندازه کافی بزرگ شوند تا اشیاء مفید بسازند. کارلوس پورتلا در حال توسعه مواد و تکنیک های جدید برای ساخت آنها در مقیاس کلان است.
اگر لیوان سرامیکی را روی زمین بیندازید، احتمال شکستن آن خوب است. با این حال، وقتی همان مواد سرامیکی بسیار نازک است، چیزی عجیب رخ می دهد، همانطور که کارلوس پورتلا می تواند با یک ویدیو نشان دهد. روی صفحه نمایش او یک مکعب به اندازه 120 میکرومتر در هر طرف وجود دارد – پوسته تخم مرغ در مقایسه با آن ضخیم است – از شبکه ای از پوسته های سرامیکی به هم پیوسته ساخته شده است. پورتلا، بریتانیایی (1961) و الکس (1949) d’Arbeloff دستیار توسعه شغلی در مهندسی مکانیک، به یکی از دیوارهای پوسته اشاره می کند. او می گوید: «این فقط 11 نانومتر ضخامت دارد. این معادل حدود 30 اتم عرض است. “من می خواهم فشرده سازی کنم [the cube] به نصف قدش میرسد.» “از سرامیک انتظار دارید چه کاری انجام دهد؟”
هر فرد منطقی انتظار دارد که آن را به صد قطعه شکسته است. اما وقتی باری مکعب را فشرده می کند، مانند یک اسفنج کمانش و چروک می شود. هنگامی که بار برداشته می شود، مکعب به شکل فنر باز می گردد. پورتلا با پوزخند به یکی روی میزش اشاره می کند: «این اساساً همان مواد یک لیوان قهوه است. و قابل توجه است که ما حتی هیچ شکافی هم نمی بینیم. این مانند یک ماده کاملا جدید است.
دوستانه
پورتلا میگوید در تمام تاریخ بشر، موادی که ما با آنها ساختهایم – سنگ، فلز، سرامیک، پلاستیک و فوم – دارای طیف نسبتاً محدودی از ویژگیهای فیزیکی بودهاند. برای به دست آوردن یک ملک مطلوب، سازندگان اغلب باید در مورد دیگری مصالحه کنند. به عنوان مثال، مواد سخت خیلی سبک نیستند و مواد سبک خیلی سفت نیستند.
با این حال، در دهه گذشته، مهندسان طراحی در مقیاس نانو را برای ایجاد مواد جدیدی که ترکیبی از ویژگیهای مطلوبی است که قبلاً با هم پیدا نشده بود، آغاز کردهاند. این مواد که به عنوان مواد معمارانه یا متامتریال شناخته می شوند، ترکیبی از مواد با خواص شناخته شده مانند سرامیک و پلیمرها هستند. اما دستکاری در نحوه ساخت آنها در مقیاس نانو باعث می شود رفتاری کاملاً متفاوت از پیش سازهای آشنای خود داشته باشند. پورتلا میگوید که ساختارهای کربنی میتوانند هم قوی و هم جاذب انرژی باشند و هم میتوان مواد فلزی را طوری طراحی کرد که بسیار سبک باشند. مواد دیگری نیز می توانند ساخته شوند تا به عنوان لنزهایی عمل کنند که می توانند امواج صوتی را متمرکز کنند. با توجه به اینکه بزرگترین عامل محدودکننده هواپیماها و موشکها وزن موادی است که با آن ساخته میشوند، مواد جدید که هم قوی و هم سبک هستند، میتوانند به طور چشمگیری مسافتی را که میتوانند با مقدار معینی سوخت طی کنند، افزایش دهند.
یک مدل هواپیمای نقره ای در پنجره پورتلا مشرف به دادگاه کیلیان نشان دهنده عشق اولیه او به هواپیما است. او که در کلمبیا بزرگ شد، می خواست خلبان شود. او در رشته مهندسی هوافضا در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی تحصیل کرد و گواهینامه خلبانی خود را گرفت، اما به عنوان یک دانشجوی بینالمللی، در یک دوره کارآموزی در یک شرکت هواپیماسازی بزرگ با مشکل مواجه شد. در آن زمان، او مجذوب پتانسیل نانومهندسی شده بود و وارد یک برنامه دکترا در این موضوع در Caltech شد، جایی که با جولیا گریر در سال 97، یک پیشگام در مواد معماری، تحصیل کرد. گریر در حال آزمایش با استفاده از پرینترهای سه بعدی دقیق کالیبره شده برای ایجاد شبکههای پیچیده در مقیاس نانو بود که میتوانند به موادی با ویژگیهای جدید تبدیل شوند. پورتلا میگوید: «انرژی و اشتیاق او برای این کار مسری بود. “این باعث شد که بگویم “من می خواهم این کار را انجام دهم.”
با این حال، به همان اندازه که تکنیک ها انقلابی هستند، محدود هستند. چاپگر مکعبی با ضخامت چند میلیمتر ممکن است هفتهها، حتی ماهها طول بکشد، که طراحی و ایجاد اشیاء جدید را خستهکننده میکند. پورتلا میگوید: «کاربردهای واقعی از شما میخواهند که یک نانومواد به اندازه کافی بزرگ بسازید که در دستان خود نگه دارید. او در حال توسعه تکنیکهای جدیدی برای ساخت مواد معمارانه است که برخی از آنها اصلاً شامل چاپگر سه بعدی نیستند.