فلز شیشه ای ماده‌ای بسیار ایده آل برای ساخت چرخ دنده‌ها در ماموریت‌های فضایی است

مطابق با مطالعاتی که به تازگی انجام شده است، ماده ای که با نام فلز شیشه ای (Metallic Glass) شناخته می‌شود و از طریق میعات و سپس خنک کردن سریع ساخته می‌شود می‌تواند ماده‌ای ایده آل برای ساخت اجزای ربات‌های فضایی باشد..

در این مطالعات جدید به استفاده از Bulk Metallic Glass به اختصار BMG به عنوان ماده ای برای ساخت اجزای مورد استفاده در ماموریت‌های فضایی پرداخته شده است. فلز شیشه ای زمانی که برای تولید محصولاتی بزرگتر از 0.04 اینچ یا 1 میلی متر مورد استفاده قرار گیرد BMG نامیده می‌شود.

به منظور ساخت BMG مهندسان ابتدا فلز را ذوب می‌کنند. فلزات جامد دارای ساختار اتمی بلوری و منظمی هستند اما زمانی که فلز دوب می شود، اتم ها آن ساختار اولیه را از دست می‌دهند و دارای ساختار تصادفی می شوند. اما این فلز به آرامی سرد شود، اتم ها مجدد ساختار کریستالی خود را پیدا می کنند اما اگر فلز با سرعت بسیار بالایی سرد شود، یعنی حدودً 1800 درجه فارنهایت یا 1000 درجه سلسیوس در ثانیه، ساختار اتمی نامنظم فلز باقی می‌ماند.

این فلزاتی که به سرعت سرد شده اند فلز شیشه ای یا آمورف (Amorphous Metal) نیز نامیده می‌شوند و با توجه به سرعت سرد شدن بسیار زیاد، این فلز از لحاظ فنی شیشه محسوب می شود. این ماده می‌تواند به راحتی جریان الکتریکی را عبور دهد و در زمان حرارت دیدن درست مانند شیشه پنجره از طریق فرآیند دمیدن قالب گیری شود.

فلز شیشه ای اولین بار در دهه 1960 در موسسه California Institute of Technology ساخته شد و از آن زمان تا کنون در حوزه‌های مختلفی از گوشی‌های هوشمند گرفته تا چوب های گلف مورد استفاده قرار گرفته است.

یکی از محققان فنی در آزمایشگاه پیش رانش جت ناسا (Jet Propulsion Laboratory) به نام Douglas Hofmann که این مطالعات جدید را تالیف کرده است، به منظور بررسی قابلیت استفاده از BMG به عنوان ماده‌ای مفید برای ساخت چرخ دهنده های مورد استفاده در فضاپیما، چرخ دهنده های مختلفی را با استفاده از این ماده ساخته و آنها در در دماهای بسیار پایین تست کرده است. نتایج یکی از این مطالعات نشان داد که این چرخ دهنده موفق به نمایش گشتاور بسیار بالا و عملکرد بدون اشکال بدون نیاز به روغن در دمای منفی 200 درجه سلیوس یا 238 درجه فارنهایت شده‌اند.

عملکرد خوب این چرخ دهنده ها در دمای بسیار پایین به دو دلیل حائز اهمیت است. اول اینکه برخی مواد (از جمله برخی فلزات) در دمای سرد شکننده می‌شوند اما فلز شیشه ای دچار این مشکل نمی‌شود. به این معنی که احتمال شکستن یک دندانه یک چرخ حین فعالیت درد مانه پایین بسیار پایین است. دلیل دوم به میزان انرژی مصرفی مربوط می‌شود. توانایی عملکرد چرخ دنده در دمای بسیار پایین قمرهای یخی برای مثال قمر اروپای سیاره مشتری یک مزیت بسیار با ارزش برای دانشمندان است. به این ترتیب نیازی نخواهد بود که برای گرم کردن ماده روان کننده گیربکس انرژی بیشتری اختصاص داده شود و به این ترتیب این انرژی با ارزش تا حد زیادی ذخیره خواهد شد.

از دیگر مزایای BMG می‌توان به هزینه و سهولت تولید اشاره کرد. قطعات BMG می‌توانند اب طریق فناوری ریخته گری تزریقی تولید شوند به معنی که فلز مایع شده و سپس داخل فلز تزریق می‌شود. از این تکنیک برای تولید قطعات پلاستیکی نیز تولید می‌شود.

تولید قطعات BMG بسیار مقرون به صرفه تر از چرخ دهنده‌های مکانیکی از نوع Strain Wave Gearing است، چرخ دهنده‌هایی که به وفور در ربات‌های گران قیمت مورد استفاده قرار می گیرند. این چرخ دهنده‌ها شامل یم حلقه فلزی انعطاف پذیر هستند که تولید انوبده آن ریسک بالایی دارد و درنتیجه تنها در ربات‌های گران قیمت مورد استفاده قرار می گیرد. اما تولید چرخ دهنده های BMG بسیار ساده تر است.

منبع: تک شات