பரிச்சயமான ஒரு பொருள், தீவிரமாக மாற்றப்பட்டது
பனி என்பது நம் பெரும்பாலானோர் தற்காலிக சிரமமாகக் கருதும் ஒன்று — நடைபாதையில் உள்ள வழுக்கும் திட்டு, உறைந்த ஏரியின் உடைந்து கொண்டிருக்கும் விளிம்பு, ஒரு பூட் குதிகால் கீழே வெடிக்கும் பொருள். இப்போது உறைந்த நீரின் முற்றிலும் மாறுபட்ட ஒரு வடிவம் பற்றிய அறிக்கைகள் வெளிவந்துள்ளன: சாதாரண பனியை விட சுமார் 10 மடங்கு வலிமையான, பொறியியல் முறையில் உருவாக்கப்பட்ட பனி, சுமை தாங்கும் திறனில் கான்கிரீட்டுடன் ஒப்பிடப்படுகிறது. இன்னும் கவனிக்கத்தக்கது என்னவென்றால், அதே பொருள் உடையும் முன் சுமார் 70 மடங்கு அதிக ஆற்றலை உறிஞ்சுகிறது என்று கூறப்படுகிறது.
அந்தக் கலவை — அதிக வலிமை மற்றும் அசாதாரணமான அதிக ஆற்றல் உறிஞ்சுதல் — தான் இந்தக் கூற்றை பொருள் அறிவியலாளர்களுக்கு சுவாரஸ்யமாக்குகிறது. வலிமை மட்டும் இயற்கை உலகில் பொதுவானது. வலிமையுடன் கூடிய கெட்டித்தன்மை, அதாவது உடைந்து போவதற்குப் பதிலாக ஆற்றலை உறிஞ்சும் திறன், அரிதானது, மேலும் இது தான் நீங்கள் கட்டியெழுப்பக்கூடிய ஒரு பொருளை, ஆய்வக மேசையில் மெச்சக்கூடிய ஒன்றிலிருந்து வேறுபடுத்தும் பண்பு.
சாதாரண பனி ஏன் எளிதில் தோல்வியடைகிறது
பத்து மடங்கு முன்னேற்றம் ஏன் குறிப்பிடத்தக்கது என்பதைப் புரிந்து கொள்ள, முதலில் பனி ஏன் மிகவும் உடையக்கூடியதாக இருக்கிறது என்பதை நினைவுகூர்வது உதவும். சாதாரண பனி ஒரு அறுகோண படிக லட்டியை உருவாக்குகிறது, நீர் மூலக்கூறுகள் கடினமான ஆனால் குறைபாடுள்ள அமைப்பில் பூட்டப்பட்டுள்ளன. இருப்பினும், நிஜ உலக பனி ஒரு சரியான படிகம் அல்ல. இது ஒவ்வொன்றும் அதன் சொந்த நோக்குநிலையைக் கொண்ட தானியங்களின் மொசைக் ஆகும், அவை அழுத்தம் குவியும் எல்லைகளால் பிரிக்கப்படுகின்றன.
ஒரு சுமை பயன்படுத்தப்படும்போது, அந்த உள் அமைப்பு தோல்வியை அழைக்கும் வகையில் சிதைகிறது. படிகத் தளங்கள் ஒன்றையொன்று கடந்து சறுக்கலாம், நுண்ணிய வெற்றிடங்கள் மற்றும் ஏற்கனவே உள்ள விரிசல்கள் பரவுகின்றன, மேலும் வெப்பநிலை உருகும் நிலையை நோக்கி நகரும்போது, பொருள் எதிர்ப்பதற்குப் பதிலாக பாய மிகுதியாக விருப்பம் காட்டுகிறது. ஒரு ஏரியின் பனித் தகடு காலடியில் கீழே அழுத்தி உடைவதைப் பார்த்தவர்கள் இந்த செயல்முறையை பெரிய அளவில் நடப்பதைப் பார்த்திருக்கிறார்கள். பனி உடையக்கூடியது, வெப்பநிலைக்கு உணர்திறன் உடையது, மேலும் ஆற்றலை உறிஞ்சுவதற்குப் பதிலாக வெடித்து உடைந்து விரைவாக வெளியேற்றுகிறது.
'பத்து மடங்கு வலிமையானது' என்பதன் உண்மையான பொருள்
தலைப்புச் செய்தியின் எண்ணிக்கை — சாதாரண பனியின் வலிமையை விட 10 மடங்கு — எந்தவொரு பொருள் பொறியாளரும் உடனடியாக எழுப்பக்கூடிய ஒரு எச்சரிக்கையைக் கோருகிறது. வலிமை என்பது ஒரு ஒற்றை எண் அல்ல. ஒரு பொருள் அழுத்தத்தில் வலிமையாக இருக்கலாம் ஆனால் இழுவிசையில் பலவீனமாக இருக்கலாம், மெதுவான அழுத்தத்தின் கீழ் வலிமையாக இருக்கலாம் ஆனால் திடீர் தாக்குதலின் கீழ் உடையக்கூடியதாக இருக்கலாம், அல்லது ஒரு வெப்பநிலையில் உறுதியாகவும் மற்றொன்றில் பயனற்றதாகவும் இருக்கலாம். கான்கிரீட் தானே உன்னதமான உதாரணம்: அழுத்தத்தின் கீழ் சிறந்தது, இழுவிசையில் மோசமானது என்று பெயர் பெற்றது, அதனால்தான் இது எப்போதும் எஃகுடன் வலுவூட்டப்படுகிறது.
எனவே செயல்திறன் கான்கிரீட்டுடன் ஒப்பிடப்படும்போது, ஒப்பீட்டை ஒத்த-க்கு-ஒத்த மாற்றீடாக அல்லாமல் அளவின் வரிசை பற்றிய ஒரு அறிக்கையாகவே படிக்க வேண்டும். சுவாரஸ்யமான கேள்வி என்னவென்றால், சூப்பர் ஐஸ் ஒரு அடித்தளத்தை மாற்ற முடியுமா என்பது அல்ல, மாறாக வழக்கமான பொருட்கள் சிரமப்படும் குளிர் சூழல்களில் அது சுமைகளைத் தாங்க முடியுமா, இறுதியில் அது விட்டுக்கொடுக்கும்போது மிகவும் மன்னிக்கக்கூடிய வழியில் தோல்வியடையுமா என்பதே.
ஆற்றல்-உறிஞ்சுதல் எண்ணிக்கை தான் உண்மையான ஆச்சரியம்
உடையும் முன் சுமார் 70 மடங்கு அதிக ஆற்றலை உறிஞ்சுவது, வெறும் வலிமையை விட ஆழமான ஒன்றைச் சுட்டிக்காட்டுகிறது. ஆற்றல் உறிஞ்சுதல் என்பது கெட்டித்தன்மையின் அடையாளம். ஒரு கண்ணாடித் தகடும் ஒரு உலோகத் தாளும் ஒப்பிடக்கூடிய விறைப்புத்தன்மையைக் கொண்டிருக்கலாம், ஆனால் உலோகம் கிழியும் முன் பரந்த அளவிலான சிதைவு வரம்பில் வளைந்து, நீட்டி, பள்ளமாகி, தாக்க ஆற்றலை வெப்பமாகவும் நிரந்தர வடிவ மாற்றமாகவும் மாற்றுகிறது. கண்ணாடி வெறுமனே வெடிக்கிறது.
70 மடங்கு முன்னேற்றம் என்பது இந்தப் பொறியியல் பனி சாதாரண பனி தோல்வியடையும் வழியில் தோல்வியடையாது என்பதைக் குறிக்கிறது. ஒரு ஒற்றை பேரழிவு விரிசலைப் பரப்புவதற்குப் பதிலாக, இது உள் இயக்கங்கள் மூலம் ஆற்றலைச் சிதறடிப்பதாகத் தெரிகிறது — பரவலான நுண்-சேதம், தானிய-எல்லை சறுக்கல், அல்லது விரிசல்கள் உருவாகும்போது அவற்றை இணைக்கும் வலுவூட்டல். அந்த நடத்தை ஆய்வின் கீழ் நிலைத்திருந்தால், அது ஒரு ஆய்வக அளவீட்டில் ஒரு ஊக்கம் மட்டுமல்ல, தோல்வி முறையில் ஒரு மாற்றத்தைக் குறிக்கும்.
பொறியியல் பனி எவ்வாறு அங்கு செல்ல முடியும்
நீர் ஒரு அசாதாரணமான ஒத்துழைக்கும் கட்டுமானத் தொகுதி, அதனால்தான் பனியை வலுப்படுத்தும் முயற்சிகளுக்கு நீண்ட வரலாறு உள்ளது. ஒரு புகழ்பெற்ற முன்னுதாரணம் Pykrete, இரண்டாம் உலகப் போரின் போது மகத்தான மிதக்கும் கட்டமைப்புகளுக்கான சாத்தியமான பொருளாக முன்மொழியப்பட்ட பனி மற்றும் மரக் கூழ் ஆகியவற்றின் கலவை. கூழ் இழைகள் வலுவூட்டலாகச் செயல்பட்டு, அடிப்படை மூலப்பொருள் இன்னும் உறைந்த நீராக இருந்தபோதிலும், வெறும் பனியுடன் ஒப்பிடும்போது கெட்டித்தன்மையை வியத்தகு முறையில் மேம்படுத்தின.
நவீன அணுகுமுறைகள் சிறந்த கருவிகளுடன் இதே தர்க்கத்தைப் பின்பற்றுகின்றன: படிகங்கள் நீண்ட விரிசல்களை வழங்க முடியாத அளவுக்குச் சிறியதாக இருக்கும்படி தானிய அளவைக் கட்டுப்படுத்துதல், முறிவுகளை இணைக்கும் இழைகள் அல்லது பிற சேர்க்கைகளை அறிமுகப்படுத்துதல், விறைப்பான மற்றும் நெகிழ்வான பகுதிகள் மாறி மாறி வரும்படி பொருட்களை அடுக்குதல், அல்லது குறைபாடுகள் குவியாமல் பரவும்படி பொருள் உறையும் விதத்தைக் கையாளுதல். இந்தப் புதிய பனிக்குப் பின்னணியில் உள்ள குறிப்பிட்ட முறையின் விவரங்கள் அறிவிக்கப்பட்ட முடிவுகள் விவரிப்பதற்கு அப்பாற்பட்டவை, ஆனால் பொதுவான கொள்கை — வேதியியலை மட்டுமல்ல, உள் கட்டமைப்பையும் பொறியியல் செய் — கூட்டுப் பொருட்கள் முழுவதும் நன்கு நிறுவப்பட்டுள்ளது.
குளிர்-பிராந்திய பொறியியல் தான் வெளிப்படையான வாய்ப்பு
மிக இயற்கையான பயன்பாடுகள் பனி ஏற்கனவே உள்கட்டமைப்பாகப் பயன்படுத்தப்படும் இடங்களில் அமைகின்றன. வடக்கு சுரங்கம் மற்றும் வளச் செயல்பாடுகளில், பனிச் சாலைகள் மற்றும் பனித் திண்டுகள் வழக்கமான சாலைகளைத் தாங்க முடியாத நிலப்பரப்பு முழுவதும் கனரக உபகரணங்களைக் கொண்டு செல்கின்றன, மேலும் அவற்றுக்கான பருவம் பனி எவ்வளவு சுமையைத் தாங்க முடியும் என்பதால் முழுமையாக தீர்மானிக்கப்படுகிறது. வலிமையான, கெட்டியான பனி அந்தச் சாளரங்களை நீட்டிக்கவோ, தேவையான தடிமனைக் குறைக்கவோ, அல்லது தற்போது விளிம்புநிலையில் உள்ள நிலைமைகளில் கடப்புகளை சாத்தியமாக்கவோ முடியும்.
போக்குவரத்துக்கு அப்பால், துருவ ஆய்வு நிலையங்கள், தற்காலிக தங்குமிடங்கள், குளிர்-சேமிப்பு தடைகள், மற்றும் தாக்குதலை வெறுமனே தடுப்பதற்குப் பதிலாக எதிர்க்க வேண்டிய பாதுகாப்பு அடுக்குகளுக்கான கட்டமைப்புப் பொருளாக பனியை ஆராய்ச்சியாளர்கள் நீண்ட காலமாக கற்பனை செய்துள்ளனர். ஆற்றல்-உறிஞ்சும் பொருட்கள் எங்கெல்லாம் ஒன்றை திடீர் அடியிலிருந்து பாதுகாக்க வேண்டுமோ அங்கெல்லாம் மதிப்புமிக்கவை — சாதாரண பனி வியக்கத்தக்க மோசமான முறையில் வகிக்கும் ஒரு பாத்திரம்.
இன்னும் பதில்கள் தேவைப்படும் கேள்விகள்
எந்தவொரு வியத்தகு பொருள் கூற்றும் ஒரு சரிபார்ப்புப் பட்டியலுடன் வருகிறது. முதல் உருப்படி சுயாதீன சரிபார்ப்பு: அசாதாரண முடிவுகளுக்கு மற்ற குழுக்களால் மறுஉற்பத்தி தேவை, சிறந்த ஆய்வக அமைப்புகளை விட நிஜ பயன்பாட்டைப் பிரதிபலிக்கும் நிலைமைகளின் கீழ் இது சிறந்தது. இரண்டாவது வெப்பநிலை உணர்திறன். உருகும் நிலையை நெருங்கும்போது பனியின் நடத்தை குறிப்பிடத்தக்க அளவில் மாறுகிறது, எனவே ஆழ்ந்த உறைபனியில் அளவிடப்பட்ட செயல்திறன் பூஜ்ஜியத்திற்குக் கீழே சில டிகிரி மட்டுமே உள்ள நிலைமைகளுக்கு மாறாது.
பின்னர் அளவு உள்ளது. ஒரு சிறிய சோதனை மாதிரி மற்றும் ஒரு கட்டமைப்புக் கற்றை வெவ்வேறு இயற்பியலைப் பின்பற்றுகின்றன, மேலும் சென்டிமீட்டர் அளவில் பொருத்தமற்ற குறைபாடுகள் மீட்டர் அளவில் தீர்க்கமானவையாக மாறுகின்றன. நீண்டகால நடத்தையும் முக்கியம்: பனி நிலையான சுமையின் கீழ் ஊர்கிறது, அதாவது ஒரு ஒற்றை தாக்குதல் சோதனையில் அற்புதமாக செயல்படும் ஒரு பொருள் மாதங்களில் மெதுவாக சிதைந்து போகலாம். செலவு, உற்பத்தி வேகம், மற்றும் பொருள் இறுதியில் உருகும்போது அல்லது மறுசுழற்சி செய்யப்படும்போது என்ன நடக்கிறது ஆகியவை அனைத்தும் அதே பட்டியலில் உள்ளன.
நாம் அறிந்ததாக நினைத்த ஒரு பொருளை மறுபரிசீலனை செய்தல்
இந்த வளர்ச்சியை குறிப்பிடத்தக்கதாக்குவது, பனி ஒரு நாள் ஒரு கட்டுமான பட்டியலில் கான்கிரீட்டுடன் போட்டியிடக்கூடும் என்பது அல்ல. மாறாக, பனி — ஏராளமான, மலிவான, மற்றும் முடிவில்லாமல் புதுப்பிக்கத்தக்கது — அதன் புகழ் கூறுவதை விட மிக அதிக பொறியியல் வளர்ச்சி வாய்ப்பைக் கொண்டிருக்கலாம் என்பதே. நீர் பூமியில் மிகவும் ஆய்வு செய்யப்பட்ட பொருட்களில் ஒன்றாகும், இருப்பினும் அதன் திட வடிவம் பெரும்பாலும் வடிவமைக்க வேண்டிய ஒரு பொருளாக அல்லாமல் நிர்வகிக்க வேண்டிய ஒரு ஆபத்தாகவே கருதப்பட்டு வந்துள்ளது.
அறிவிக்கப்பட்ட வலிமை மற்றும் ஆற்றல்-உறிஞ்சுதல் எண்ணிக்கைகள் ஆய்வின் கீழ் நிலைத்திருந்தால், அவை ஒரு புதிய ஆய்வக ஆர்வத்தை மட்டும் உருவாக்காது. அவை ஒரு பரந்த கருத்தை முன்னோக்கி தள்ளும்: எதிர்காலத்தின் மிகவும் பயனுள்ள பொருட்களில் சில, மிகச் சாதாரணமான மூலப்பொருட்களிலிருந்து கட்டப்பட்டு, இயற்கை ஒருபோதும் நோக்காத வழிகளில் நடந்துகொள்ளும் அளவுக்குத் துல்லியமாக மறுசீரமைக்கப்படலாம்.
இந்தக் கட்டுரை Interesting Engineering-இன் செய்தி அறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. அசல் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.
Originally published on interestingengineering.com