اولین نمونه دستگاه خواص‌سنجی و بررسی رفتاری مواد هوشمند در شرایط محیطی، دمایی و نرخ‌های افزایشی / کاهشی دما، طراحی و ساخته شد

از این‌رو هدیه میرزایی، کارشناس روابط عمومی دانشگاه تهران، در گفت‌وگویی با الیاس سلیمان، دانشجوی دانشکده مهندسی مکانیک دانشکدگان فنی و مخترع دستگاه، به بررسی این دستاورد علمی پژوهشی پرداخته است.

در ابتدای این گفت‌وگو الیاس سلیمان، دانشجوی دانشکده مهندسی مکانیک، به تشریح روند طراحی و ساخت این دستگاه پرداخت و گفت: «با توجه به اینکه زمینه کاری مورد علاقه من و استادانم؛ دکتر مجید بنی‌اسدی و دکتر مصطفی باغانی در حوزه مواد هوشمند و مسائل مربوط به آن بود و همواره یکی از معضلات اساسی حل نشده این حوزه، عدم وجود دستگاه قابل اطمینان به‌منظور خواص‌سنجی و ارزیابی رفتاری مواد، در محیط حاوی سیال در دماها و نرخ‌های افزایشی و کاهشی دما بوده است، تصمیم گرفتیم تا برای طراحی و ساخت یک دستگاه جدید اقدام‌های لازم را به‌عمل آوریم».
وی افزود: «البته از همان ابتدا بر این موضوع واقف بودیم که چالش‌ها و مشکلات فراوانی را پیش رو خواهیم داشت، ولی این موضوع هیچ وقت باعث نشد که دست از کار و حل مسأله برداریم. لذا، از آبان‌ماه ۱۳۹۷ پروژه را به‌صورت رسمی آغاز کردیم. از همان ابتدا به‌طور مداوم و منظم، جلسات حضوری و مجازی به‌منظور ارزیابی دقیق، پیشگیری از خطاهای ممکن و انتخاب مسیر بهینه برگزار می‌کردیم که سرانجام، در تابستان ۱۳۹۸، اولین نمونه دستگاه ساخته و آماده تست شد. متأسفانه این دستگاه با ایرادات و مشکلات پیش‌بینی نشده‌ای روبه‌رو بود که منجر شد تا مجدداً مسائل مختلف را بررسی و به رفع ایرادات بپردازیم. در پاییز ۱۳۹۸، دستگاه با طرحی جدید را مورد تست قرار دادیم، مشکلات و خطاهای طراحی اولیه مرتفع شده بود، ولی متوجه ایرادات جدیدی شدیم که در لحظات خاصی از کارکرد دستگاه، نتایج حاصل را تحت تأثیر قرار می‌داد».
مخترع این دستگاه با بیان اینکه جهت دستیابی به نتیجه مطلوب برای سومین بار اقدام به تغییر در طراحی به‌منظور رفع خطاها کردیم، گفت: «در فروردین‌ماه ۱۳۹۹ سومین نمونه اصلاح شده دستگاه را مورد تست قرار دادیم، به دلیل اینکه اساس دستگاه‌های آزمایشگاهی برپایه دقت و صحت کاری آنها است، کار برای ما روزبه‌روز سخت‌تر می‌شد و در هر مرحله با چالش جدیدی مواجه بودیم که نادیده گرفتن هر کدام منجر به کاهش کیفیت نهایی بود. پس از بررسی دقیق متوجه شدیم که خطای موجود، در تمامی دستگاه‌های خواص‌سنجی که براساس سیستم انکودر (روشی برای اندازه‌گیری میزان کرنش) کار می‌کنند، وارد است. تصمیم بر آن شد که این خطا را نیز برای اولین بار حل کنیم تا علاوه بر مجهز بودن دستگاه به محفظه حاوی سیال با قابلیت کنترل دما و نرخ دما، ایراد اساسی در این نوع دستگاه را مرتفع سازیم. این مسیر پر از فراز و نشیب را ادامه دادیم تا جایی که در ششمین نمونه دستگاه به نتایج مطلوب دست یافتیم».
دانشجوی دانشکده مهندسی مکانیک با اظهار اینکه این دستاورد به‌عنوان یک دستگاه جدید تمام ایرانی، در اداره ثبت اختراع با شماره ۱۰۵۰۲۶ به ثبت رسیده است، تصریح کرد: «در تیرماه سال ۱۴۰۰ موفق شدیم این سیستم کنترل‌پذیر، با نرم‌افزار کاربری منحصر که تمامی مراحل برنامه‌نویسی، طراحی، شبیه‌سازی و ساخت آن را انجام داده بودیم به‌عنوان یک دستگاه جدید تمام ایرانی، در اداره ثبت اختراع به ثبت برسانیم و در کارگاه کامپوزیت دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران نیز مستقر کنیم. پس از گذشت حدود دو ماه، به‌واسطه ساخت این دستگاه، بیش از ۱۰ مقاله ISI در مجلات معتبر دنیا ارائه شده است. همچنین دانشگاه‌های مختلف داخلی و خارجی متقاضی ارائه خدمات و خرید دستگاه بوده‌اند».
وی ادامه داد: «هم‌اکنون نیز ما به دنبال توسعه و یافتن مواد هوشمند جدید از نوع کامپوزیت‌ها و مواد حافظه‌دار که در صنایع مهم پزشکی، هوا فضا، اتومبیل‌سازی و … کاربرد فراوان دارند، هستیم. همچنین در ادامه قصد داریم به‌عنوان یک تیم تحقیقاتی- عملیاتی برخاسته از بطن دانشگاه، به‌منظور ارتقا سطح ارتباط دانشگاه با صنعت، برای ساخت دیگر تجهیزات جدید و پروژه‌های صنعتی فعالیت مستمر داشته باشیم که امیدواریم با حمایت مسئولان محترم دانشگاه و صنعت این امر محقق شود».
این مخترع در بخش دیگری از گفت‌وگو به معرفی و کارکردهای این دستگاه پرداخت و گفت: «با استفاده از دستگاه تست کشش معمولی (بدون محفظه آزمایش) اطلاعات بسیار مفید و کاربردی همچون مدول یانگ، تنش تسلیم، استحکام نهایی، نمودار تنش-کرنش را می‌توان به دست آورد که هرکدام از این پارامترها در طراحی و ساخت محصول نهایی تأثیر بسزایی دارند. در بررسی مسائل مهندسی و ساخت تجهیزات با قابلیت اطمینان بالا یکی از اهداف اصلی، آزمودن نمونه در شرایط مشابه به شرایط کاری واقعی است که اجتناب و توجه نکردن به این امر موجب خسارات فراوانی خواهد شد. از طرفی هم با ارتقا سطح تکنولوژی و روی کار آمدن مواد پیشرفته (هوشمند)، نیاز به مطالعه دقیق رفتاری مواد روزبه‌روز افزایش پیدا کرد که با توجه به کاربردهای مهم و حیاتی این مواد در حوزه‌های پزشکی، هوافضا، داروسازی و اتومبیل‌سازی، حساسیت موضوع آزمودن نمونه در شرایط مشابه به شرایط کاری را برای ما بیشتر کرد».
دانشجوی دانشکده مهندسی مکانیک، ایده ساخت دستگاهی چندمنظوره با قابلیت ایجاد محیطی مشابه با شرایط کاری واقعی محصول را راه حلی مفید برای حل بسیاری از خطاها و تردیدها برشمرد و افزود: «با توجه به کاربردهای حساس ذکر شده که اکثراً در ارتباط مستقیم با جان و سلامت انسان هستند و اینکه شرایط محیطی هر لحظه در معرض تغییرات است، نیاز برآن شد تا دستگاه، قابلیت کنترل دقیق نرخ‌های سرمایشی و گرمایشی مختلف را اعمال کند و در همین حین عمل بارگذاری صورت پذیرد. به طور مثال استند قلبی که قرار است در بدن انسان جای‌گذاری شود با توجه به متغیر بودن دمای بدن انسان، هر لحظه خواص و رفتار آن ممکن است دستخوش تغییراتی شود، در نتیجه پیش‌بینی رفتار و خواص ماده در شرایط کاری که با سرعت‌های مختلف محصول در آن محیط گرم و سرد می‌شود، می‌تواند مانع رخ دادن اتفاقات ناگواری شود. از طرفی دیگر ماهیت و جنس محیطی که نمونه نهایی قرار است در آن محیط کار کند، می‌تواند بر رفتار و خواص ماده تأثیرگذار باشد».
وی در پایان خاطرنشان کرد: «امروزه دستگاه‌های تست کشش چندمنظوره مجهز به محفظه آزمایش وجود دارند که تنها عملیات آزمایش را در محیط هوا و در یک دمای ثابت انجام می‌دهند. با توجه به مطالب گفته شده، از تأثیر شرایط محیط بر خواص و رفتار ماده نمی‌توان چشم‌پوشی کرد، به همین علت تلاش شد دستگاه به‌صورتی طراحی و ساخته شود که این معضلات برطرف شود. بنابراین، نمونه مورد نظر داخل محفظه قرار می‌گیرد و با توجه به شرایط محیطی واقعی محصول نهایی از همان جنس سیال داخل محفظ ریخته شده و با نرخ گرمایش و سرمایش‌های مختلف به مطالعه رفتار و خواص ماده در حالت‌های مختلف اعمال نیرو پرداخته می‌شود. همچنین تست‌های بازیابی شکلی و بازیابی نیرویی که از مهمترین آزمون‌های خواص‌سنجی و بررسی رفتار مواد حافظه‌دار هستند از جمله مواردی می‌باشند که در این دستگاه به‌طور کاملاً اتوماتیک و بدون دخالت دست در یک سیکل کاری بسته (بدون هدر رفت سیال) انجام می‌شوند».