کلانشهر: سپهر حاجعلی عراقی، آرمان طوفانی و محمد خورسندی دانشجویان مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک با گرایش طراحی کاربردی دانشگاه گیلان در پژوهشی در زمینه بیومکانیک طبیعت تقلید (biomimetics) به بررسی سیستم اتصال بال به بال زنبور به عنوان منبع الهام برای طراحی لولا‌های صنعتی و رباتیک پرداخته‌اند. در این پژوهش که با راهنمایی مرحوم پروفسور ابوالفضل درویزه از دانشگاه گیلان، مشاوره دکتر حامد رجبی و با همکاری پروفسور استانیسلاو گرب و دکتر علی خواهشی از دانشگاه کیل آلمان انجام شده آمده است:

سیستم‌های اتصال حیاتی ماهیتی همه گیر دارند. آن‌ها در درجه اول برای اتصال دائمی یا موقتی قسمت‌های مختلف بدن یک حیوان به یکدیگر یا به یک سطح مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما تنها یک نوع از آن‌ها یعنی مکانیزم اتصال بال به بال در حشرات تحت بارگذاری‌های چرخه‌ای با فرکانس بالا کار می‌کند. مکانیزم‌های اتصال بال به بال حرکت بال‌های جلو و عقب حشرات را همگام کرده و تداخل آیرودینامیکی آنها را به حداقل می‌رساند. همچنین، با همگام سازی بال‌های جلو و عقب، مکانیزم اتصال بال حشرات را قادر می‌سازد تا نیروی بالابر بیشتری تولید کنند. مکانیزم اتصال بال به بال در زنبور متشکل از سه بخش مختلف می‌باشد: (1) یک غشای مارپیچ در لبه عقب بال جلو (2) تعدادی قلاب در لبه جلویی بال عقب، که در یک ردیف چیده شده‌اند، و (3) یک رگه در لبه جلوی بال عقب، که در آن پایه قلاب‌ها قرار دارند. هرچند که مکانیزم‌های اتصال بال به بال عملکرد یکسانی دارند، ویژگی‌های ریخت شناسی (هندسی) آنها به طور قابل توجهی در گروه‌ها و گونه‌های مختلف حشرات متفاوت است. در این پژوهش رابطه بین ساختار هندسی، مواد سازنده و عملکرد مکانیکی مکانیزم‌های اتصال بال به بال نه گونه متمایز زنبور با استفاده میکروسکوپ اسکن الکترونی (SEM)، میکروسکوپ اسکن لیزری هم کانون (CLSM)، شبیه سازی روش‌های اجزای محدود، طراحی مفهومی کامپیوتری و پرینت سه بعدی بررسی شده است. نشان داده شده است که دوام مکانیزم اتصال از دو استراتژی مکمل حاصل می‌شود: (1) زاویه بین قلاب‌ها و غشا در هنگام اتصال و جدا شدن می‌تواند تنظیم شود، به طوری که تنش‌های ناشی از آن به حداقل برسد (2) ساختار خارج از صفحه، پایه نرم و نوک برجسته باعث کاهش استرس ایجاد شده در قلاب‌ها می‌شود، در عین حال قدرت اتصال را حفظ می‌کند. علاوه بر این، نشان داده شده است که فنریت، مقاومت مکانیکی بالا و رفتار نامتقارن با کاهش تمرکز تنش و به حداقل رساندن تأثیرات نیروهای بیش از حد پرواز، عملکرد مکانیزم‌های اتصال را بهبود می‌بخشد. علاوه بر این، یک ارتباط کمی بین انواع هندسی مکانیزم‌های اتصال و نیروهایی که تحت آنها در هنگام پرواز قرار دارند برقرار است. با الهام از مکانیزم‌های اتصال بال زنبور یک لولای مکانیکی چرخشی-کشویی که مقاومت در برابر کشش و فشار را دارد و همچنین می‌تواند به راحتی قفل یا باز شود ابتدا طراحی مفهومی و سپس با استفاده از پرینتر سه بعدی ساخته شده است. به عنوان نمونه، با استفاده از طراحی مفهومی یک تیغ اصلاح کارتریج، ما نشان دادیم که لولای طبیعت تقلید طراحی شده در این پژوهش می‌تواند در یک وسیله کاربردی روزمره مورد استفاده قرار گیرد و به یک تکنولوژی قابل فروش تبدیل شود. این لولا به ویژه می‌تواند کاربرد‌های رباتیک و صنعتی داشته باشد، جایی که جایگزینی آسان و سریع اجزای سازنده یک سیستم مکانیکی و همچنین وجود همزمان درجات آزادی چرخشی و کشویی از اهمیت بالایی برخوردار است. این اولین پژوهش طبیعت تقلید از این نوع است که رویکردهای حیاتی و مهندسی را تلفیق می‌کند.

این پژوهش در قالب دو مقاله بین المللی در دو ژورنال معتبر Acta Biomaterialia و Advanced Scienceبا ضرایب تاثیر به ترتیب 7.24 و 15.84 به چاپ رسیده است.