أظهر فريق بحثي من جامعة خليفة وشركة الطيران الفرنسية "داسو للطيران"، إمكانية تصميم الهياكل الشبكية المعقدة والمصنوعة بتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد، والتي تُعرَف باسم الأسطح الصغرى الدورية في ثلاث اتجاهات، بدقة تمكّنها من امتصاص الصوت بشكلٍ أكثر كفاءة من العديد من المواد التقليدية. وتتميّز هذه الهياكل الشبكية بمساميتها العالية وتصميمها من خلايا بنائية متكررة ثلاثية الأبعاد بأشكال هندسية مصمّمة بحسابات رياضية. ونُشرت دراسة الفريق في المجلة العلمية "جورنال أوف بيلدينغ إنجينيرينغ"، المعنيّة بهندسة البناء، حيث أظهرت أن هذه المواد يمكن أن تلعب دورًا رئيسًا في تصميم بيئات أكثر هدوءًا واستدامة، مثل المكاتب والمنازل وكبائن الطائرات.
قام كمال سيريفوري والدكتور فينيش سيكار والبروفيسور ويسلي كانتويل والبروفيسور كين لياو والبروفيسور راشد أبو الرُّب، من مجموعة التصنيع بتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد بجامعة خليفة، مع باحثين من داسو للطيران، بدمج النمذجة العددية المتقدمة والتحقق التجريبي، معتمدين على الصوتيات التي تأخذ في الاعتبار التوصيل الحراري واللزوجة، والتي تمثل الآليتين الأساسيتين لفقدان الطاقة الصوتية، وهما الاحتكاك اللزج بين الهواء والأسطح الصلبة والتوصيل الحراري بسبب ضغط الهواء وتمدده.
تعتمد المواد التقليدية المُستخدَمة في التحكم في الضوضاء، على الوسائد الإسفنجية الضخمة أو الألواح الليفية، في حين تستخدم الهياكل الشبكية للأسطح الصغرى الدورية في ثلاث اتجاهات، الهندسة لمعالجة الصوت، ويمكن تصنيع هذه الهياكل المتشابكة بشكل معقد، بدقة ملحوظة، ما يسمح للمصممين بتخصيص الخصائص الصوتية للمادة على المستوى المجهري.
كشف بحث الفريق عن العديد من مبادئ التصميم الرئيسة، حيث تؤدي الأحجام الأصغر للمسام إلى امتصاصٍ أعلى للصوت عن طريق زيادة التفاعلات السطحية مع جزيئات الهواء، ويؤدي تقليل المسامية مع الحفاظ على ترابط المسام، إلى تعزيز الأداء وزيادة سمك المادة. ومع ذلك، يضطلع شكل المسام وترتيبها، وليس فقط حجمها، بأهميةٍ أيضًا، ذلك أن الهياكل التي تتناوب فيها الأعناق الضيقة مع التجاويف الأوسع، مثل الهيكل الشبكي الهجين المطوّر حديثًا للفريق والتي تُسمّى "بي + إن"، تتفوق في احتجاز الطاقة الصوتية وتبديدها عبر نطاق ترددي واسع.
أظهرت الهياكل الشبكية الهجينة "بي + إن"، أفضل النتائج بشكل عام أثناء الاختبار مع امتصاص قوي في النطاق الحرج للسمع البشري، الذي تتركز فيه أصوات الكلام والضوضاء، كما يقول الفريق أن بإمكان المصممين استخدام نهجهم في تصفّح التصميمات وتجنب استخدام النماذج الأولية التي تستغرق وقتًا طويلًا للتجربة والخطأ، نظرًا لإمكانية استخدام المعادلات الرياضية والتلاعب بها، في وصف الأشكال الهندسية للأسطح الصغرى الدورية في ثلاث اتجاهات.
ترجمة: مريم ماضي
أخصائية ترجمة وتعريب