Günümüz teknolojisi, enerjiyi ışık, radyo veya mekanik dalgalar şeklinde aktaran cihazlardan oluşur. Ancak üretim sırasında veya ağır şartlarda kullanıldıktan sonra bu dalga yönlendirici kanallar bozulabilir veya hasar görebilir.
Arızalı dalga kılavuzları üzerinden enerji aktarmanın yeni bir yöntemi (düzensizlik geçici bir olay olsa bile), Urbana-Champaign’deki Illinois Üniversitesi Grainger Mühendislik Koleji’nden bilim insanları tarafından deneysel olarak kanıtlandı. Bu çabanın sonucunda hasar karşısında bile çalışabilen çok daha dayanıklı cihazlar ortaya çıkabilir.
Fizik profesörü Taylor Hughes ve makine bilimi ve mühendisliği doçenti Gaurav Bahl tarafından yürütülen bir çalışma Nature Communications’da yayınlandı. Ayrıca makine bilimi ve mühendisliği alanında doktora sonrası araştırmacı Inbar Grinberg bu önemli çalışmaya öncülük etti.
“Manyeto-mekanik topolojik yalıtkanda sağlam zamansal pompalama” başlıklı makalelerinde, zaman içinde periyodik olarak sürüldüğünde talep üzerine sağlam mekanik enerji transferi üreten bir sistem olan topolojik bir pompayı gösteriyorlar. Bilim insanları, topolojik pompayı inşa etmek için kütlelerden, mıknatıslardan ve yaylardan oluşan yapay bir tek boyutlu manyeto-mekanik malzeme kullandılar.
Nobel Ödüllü fizikçi David Thouless‘ın 1983 tarihli çalışması pompa için bir model görevi gördü. Bu çalışmada, elektronlar gibi tek parçacıkların periyodik bir potansiyel boyunca, bir atom zinciri gibi, kuantize edilmiş taşınmasını elde etmek için bir yöntem tanımladı.
Temel fikir, zincirin yapısını zamanın bir fonksiyonu olarak kademeli ve periyodik olarak değiştirmektir. Tek parçacıklar, her pompalama döngüsü periyodunun sonunda zincire bir uçtan girmeli ve diğer uçtan eşzamanlı olarak çıkmalıdır. Bu, atom zincirinde önemli düzeyde bir düzensizlik olsa bile güvenilir bir şekilde gerçekleşir.
Bu tür bir cihaza pompa denmesinin nedeni, teknik açıklamasının, eski Mısır tarzı elle çalıştırılan bir su pompası olan Arşimed Vidasını akla getirmesidir.
Grainger’den bilim insanları Thouless’in konseptini kullanarak mekanik bir topolojik pompa yarattılar. Pompaları, parçacıklar veya suyun aksine, tek bir pompalama döngüsü sırasında mekanik enerjiyi tüm zincir boyunca taşıma yeteneğiyle bilinir. Ayrıca zincirde önemli derecede mekânsal veya zamansal bozukluk olduğu durumlarda bile pompa iyi bir şekilde çalışmaya devam eder. Bilim insanları, vidalı su pompasına benzetebilmek amacıyla dönen bir krank mili ile sistemi tamamladılar.
Bahl, “Nihai hedefimiz bu gösteriyi ses, ışık ve elektrik için eşit derecede sağlam dalga kılavuzları yaratacak şekilde genişletmektir Buradaki hedef, kullanıcının istediği anda tek boyutlu bir kanalın bir ucundan diğer ucuna tam güvenilirlikle sinyal gönderebilmektir. Bunu yapmanın en iyi yolunun topolojik pompalar olduğuna inanıyoruz.” şeklinde ifade ediyor.
Tüm iletişim teknolojilerimizin temelini bakır hatlar ve fiber optik oluşturur. Şu anda bu tür iletişim kanallarının bağlantısını tamamen kesecek kadar ciddi olmayan herhangi bir hasar, sinyali zayıflatabilir ve hatta istenmeyen yansımalara neden olabilir, bu da bu kanalların iletebileceği veri miktarını olumsuz etkiler.
Araştırmayı yapan bilim insanları, topolojik pompalamanın bu durumlarda harika bir çözüm olabileceğini düşünüyor.
Haber Kaynağı: scitechdaily.com/topological-pump-transports-mechanical-energy-even-through-damaged-pathways/
Haberi Derleyen: İnci Nisa Çakır – Makine Mühendisi
