უმეტესი ჩვენგანი იშვიათად თუ ფიქრობს ინჟინერიაზე, რომელიც საფუძვლად როგორც დიდ სტრუქტურებს — მაგალითად, თვითმფრინავის ფანჯრებს, ასევე მცირე კომპონენტებს — მაგალითად, ძრავის კაბელებს — უდევს.

ამ კონსტრუქციებს წარმოების პროცესში ხშირად ღიობები სჭირდება, თუმცა ასეთმა ნაპრალებმა შეიძლება სტრუქტურული მთლიანობა დაარღვიოს. სტანდარტული მეთოდები, რომლებითაც ღიობებს აძლიერებენ, სრულყოფილი არ არის.

ამას მივყავართ შეკითხვამდე: რა მოხდება, თუ ამ ღიობებს სტრუქტურაზე მოქმედი ძალებისთვის უხილავს გავხდიდით? პრინსტონის უნივერსიტეტისა და ჯორჯიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მკვლევრებმა სწორედ ამას მიაღწიეს.

"წარმოიდგინეთ ფირფიტა, რომელსაც ხვრელი აქვს. თუ მას დატვირთვის ქვეშ მოაქცევთ, თუ დაქაჩავთ, დატვირთვა ხვრელის გარშემო კონცენტრირდება და ფირფიტა გაცილებით ადრე დაზიანდება, ვიდრე ხვრელის არქონის შემთხვევაში. ჩვენი მიზანია ხვრელის გარშემო ისეთი რამ შევქმნათ, რომელიც ხვრელს ერთი შეხედვით გააქრობს", — განმარტა ემილი სანდერსმა, ჯორჯიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მექანიკური ინჟინერიის ასისტენტ-პროფესორმა და სტატიის ერთ-ერთმა ავტორმა.

ტრადიციული გამაგრება ხშირად მოსალოდნელი დატვირთვისა თუ წნევის საწინააღმდეგოდაა განკუთვნილი. მაგალითად, ფანჯრის ჩარჩო შეიძლება ისე იყოს აგებული, რომ კონკრეტული მიმართულებიდან ქარის წნევას ან ფრენის დროს თვითმფრინავის ფიუზელაჟზე მოქმედ ზოგად დატვირთვას გაუძლოს.

ახალი მეთოდი აქტიურად ცვლის იმას, თუ როგორ გადაადგილდება ძალები ღიობის გარშემო მასალაში. ის ხვრელს პირდაპირ არ ავსებს, არამედ მის გარშემო არსებულ მასალას ცვლის — მასზე მოქმედი ძალები ისე იქცევა, თითქოს ხვრელი საერთოდ არ არსებობს.

კვლევა აღწერს, თუ როგორ შეუძლია ღიობების გარშემო საგულდაგულოდ აგებულ მიკროსტრუქტურებს სხვადასხვა ტიპის დატვირთვისგან — გარე ძალებისგან, რომლებიც სტრესს, მოძრაობას ან დეფორმაციას იწვევს — დაცვა უზრუნველყოს. საიდუმლო იმაშია, რომ ამ მიკროსტრუქტურების ფორმა და ორიენტაცია ზუსტად ისეა გათვლილი, რომ ყველაზე რთული დატვირთვების ეფექტიც კი გააბათილოს. შედეგად ინჟინრებს ერთდროულად სხვადასხვა სახის დატვირთვის მართვა შეუძლიათ.

"ნებისმიერ სტრუქტურას შეიძლება უსასრულო რაოდენობის დატვირთვა ჰქონდეს. ყოველ ჯერზე, როცა მართავთ ავტომობილს, დატვირთვები განსხვავებულია — შეიძლება ქარი სხვადასხვა მიმართულებით უბერავდეს, ან ტემპერატურა მერყეობდეს", — ამბობს გლაუსიო პაულინო, კვლევის ერთ-ერთი მთავარი ავტორი.

ეს გენიალური ტექნიკა მოულოდნელი წყაროთია შთაგონებული — თავად ბუნებით, უფრო კონკრეტულად კი, ხეებში არსებული კვანძებით. როგორც ჩანს, ამ კვანძებში არსებული მიკროსტრუქტურები ძალას ბუნებრივად ისე მიმართავს, რომ გვერდი აუაროს ისეთ დაბრკოლებებს, როგორებიცაა ტოტები ან ფესვები. შედეგად კი ხე სტრუქტურულ მთლიანობას ინარჩუნებს.

გუნდმა კონკრეტული დატვირთვები გამოავლინა, რომლებიც სტრუქტურისთვის ყველაზე დიდ საფრთხეს წარმოადგენდა. მკვლევრებმა დაადგინეს, რომ სასურველი შედეგების მისაღებად საკმარისი იყო 6-იდან 10 ასეთი "ყველაზე უარესი სცენარის" გათვლა. შემდეგ მათ მიკროსტრუქტურების გარშემო არსებული ღიობის დიზაინისა და განლაგების ყველაზე ეფექტიანი გზა განსაზღვრეს, რათა სასურველი "შეფარვის" ეფექტი მიეღოთ.

"ავტორების მიერ დანერგილი ოპტიმიზაციის ტექნიკა დეფექტის უხილაობის მიღწევაში მნიშვნელოვანი გარღვევაა — მიუხედავად გარე ძალის მოდების მიმართულებისა", — აღნიშნა დავიდე ბიგონიმ, იტალიის ტრენტოს უნივერსიტეტის პროფესორმა.

ეს შეფარვის შესაძლებლობას ნებისმიერი მიმართულებით იძლევა. ამას მრავალფეროვანი გამოყენების პოტენციალი აქვს. მათ შორის არის ორგანოების ქსოვილის ჩანაცვლებისას მექანიკური დატვირთვის განეიტრალება, მექანიზმებსა თუ სამოქალაქო ინფრასტრუქტურაში მონტაჟის გასაიოლებლად სტრუქტურული ელემენტების მოდიფიკაცია და მხატვრული ნამუშევრების აღდგენის პროცესის გამარტივება.

კვლევა გამოცემაში Proceedings of the National Academy of Sciences გამოქვეყნდა.