با الهام از تارعنکبوت، دانشمندان هلندی یکی از پیشرفته‌ترین و دقیق‌ترین تشدیدکننده‌های نانومکانیکی جهان را طراحی کرده‌اند که در عین حساسیت بالا، از نوسانات دمایی محیط پیرامون تاثیرپذیر نیست.
طراحی یکی از پیشرفته‌ترین و دقیق‌ترین تشدیدکننده‌های نانومکانیکی جهان
در سال‌های اخیر، پیشرفت‌های عمده در فناور‌ی نانو الهام‌بخش برخی از نوآورانه‌ترین پیشرفت‌ها در زمینه‌های مختلف، از جمله توسعه تشدیدگرهای نانومکانیکی و کاربردهای شبکه‌های کوانتومی بوده است.
اکنون، تیمی از محققان در دانشگاه صنعتی دلفت در هلند یکی از پیشرفته‌ترین و دقیق‌ترین تشدیدکننده‌های نانومکانیکی را طراحی کرده‌اند که از دنیای طبیعی و مجازی الهام می‌گیرد. این تیم با الهام از تار عنکبوت و کمک یادگیری ماشینی، اقدام به ایجاد دستگاهی به شکل تار عنکبوت کرده‌اند که حالت‌های ارتعاشی را، مجزا از محیط‌های حرارتی پیرامون، نشان دهد.
دکتر ریچارد نورت، از محققان دانشگاه صنعتی دلفت می‌گوید: «یکی از ویژگی‌های مورد تقاضا برای تشدیدکننده مکانیکی، جداسازی نویز از حرارت محیط اطراف است، یعنی در شرایط دمای اتاق که نویز ترمومکانیکی می‌تواند غالب باشد بتوان ارتعاشات تشدیدکننده را با دقت اندازه‌گیری کرد بدون این که دمای اتاق تاثیری در این فرآیند اندازه‌گیری داشته باشد.»
تارهای عنکبوتی از هندسه‌های منحصر به فرد و پیچیده‌ای ساخته شده‌اند که آنها را به یکی از شناخته شده‌ترین و جذاب‌ترین ساختارهای طبیعت تبدیل می‌کند. علیرغم یافتن تقریباً در همه جا، محققان رشته‌های مختلف مانند علم مواد، فیزیک و زیست شناسی، هنوز در حال کشف ویژگی‌های جدید و بدیع در مورد مکانیک تار عنکبوت هستند.
یکی از چیزهایی که در مورد تار عنکبوت شناخته شده، این است که آنها حسگرهای ارتعاشی ایزوله استثنایی و قوی هستند. عنکبوت‌ها می‌توانند طعمه درهم تنیده خود را از طریق مهندسی تارهای خود حس کنند. آنها ارتعاشاتی را که از درون این تارها نشات می‌گیرند، تشخیص می‌دهند و اختلالات محیطی اطراف تاثیری در نقش حسگری این تارها ندارد.
این تیم برای کمک به کار خود و ایجاد نوع مناسب تشدیدگر نانومکانیکی، از یادگیری ماشینی برای هدایت و بهینه‌سازی فرآیند، با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی بیزی، استفاده کردند.
دکتر ریچارد نورت می‌گوید: «در زمینه طراحی تشدیدگر نانومکانیکی تار عنکبوتی، انتظار می‌رود بهینه‌سازی بیزی نه تنها فضای طراحی را برای یافتن حالت‌های ارتعاشی جدید کاوش کند، بلکه از آنها برای رسیدن به فاکتورهای با کیفیت بالا استفاده کند.»
در حالی که تار عنکبوت محصول میلیون‌ها سال تکامل بسیار پیچیده است، مدل بهینه‌سازی بیزی این فرآیند را تسریع کرده و به محققان اجازه داده تا محاسبات خود را به سرعت انجام دهند تا بتوانند فرآیند طراحی دستگاه فوق‌العاده حساس خود را ساده‌تر کنند.
مدل طراحی به‌دست‌آمده یک ساختار شبکه‌مانند ساده‌شده بوده که از رشته‌های شعاعی و جانبی با اتصالات بین آنها تشکیل شده است. شبیه‌سازی‌های کامپیوتری همچنین نشان داد که تشدیدکننده نانومکانیکی می‌تواند در دمای اتاق تحت شرایط محیطی با انرژی ارتعاشی بالا عمل کند.
نتایج همچنین نشان داد که این طراحی ساده به خوبی با سطوح بسیار کم اختلالات محیطی که به تشدیدکننده وارد می‌شود، عمل می‌کند. این امر منجر به ساخت یک دستگاه فوق نازک توسط محققان دانشگاه صنعتی دلفت شد که قابلیت‌های عملکرد فوق العاده‌ای را نشان می‌داد.
این تیم همچنین از این واقعیت که کمترین میزان اتلاف انرژی در خارج از دستگاه وجود داشت، شگفت زده شدند زیرا ارتعاشات عمدتاً به تشدیدگر نانومکانیکی تار عنکبوت محدود می‌شدند.
