במעבדה למכניקת המוצק אנו חוקרים את התכונות המכניות של חומרים מוצקים. המעבדה מתמחה בתחום של חומרים רכים כאלסטומרים ורקמות ביולוגיות. תחום נוסף הוא תחום החומרים המצומדים-מכנית, כדוגמת חומרים אלקטרו-אקטיביים וחומרים מגנטו-אקטיביים.
חברי הקבוצה (אפריל 2010) מימין לשמאל: יניב גולדנברג, טל אורן, גל שמואל, גיל אונר, יוהאן ישראל, גל דבוטון, סטפן רודיך וארנון לווינשטיין.
רקע בנושא חומרים אלקטרו-אקטיביים
חומרים אקטיביים הינם חומרים שניתן לעוררם באמצעות שדה שאינו מכני (חשמלי, מגנטי, אופטי, טמפרטורה ועוד) והם מגיבים בתנועה מכנית. דוגמה מוכרת היא החומרים הפיאזואלקטריים (piezoelectrics), אשר עקב מבנה השריג האטומי שלהם ניתן ל"הניע" אותם באמצעות שדה חשמלי. הודות לתכונה זו הם משמשים בין היתר כאקטואטורים ומרסני רעידות אקטיביים. בחומרים אלו קיים גם אפקט הפוך כך שכשמופעל עליהם שדה מכני הם מייצרים שדה חשמלי. האפקט ההופכי מאפשר שימוש בפיאזואלקטריים כחיישנים (חיישני תאוצה וכוח). החיסרון העיקרי של הפיאזואלקטריים נובע מהעובדה שהמעוות אותו הם יכולים לעבור הוא מזערי - פחות מ 0.2%.
היום מפותחים חומרים מודרניים אשר יכולים לעבור מעוותים של כ 10%. דוגמה בולטת היא משפחת הסגסוגות עם זיכרון (shape memory alloys) שהם חומרים אשר עוברים פאזה ללא השקעת אנרגיה מכנית תוך כדי שינוי ניכר במימדיהם (משמשים כסטנטים). משפחה אחרת של חומרים כוללת את הפולימרים האלקטרואקטיביים (electroactive polymers) אשר יכולים לעבור דפורמציות של כ 8% בעקבות עירור חשמלי. היכולות של חומרים אלו, המתקרבות ליכולתם של השרירים בגופנו לעבור מעוותים של כ 20%, הקנו להם את הכינוי "שרירים מלאכותיים".
כיום הולכת ומתבררת העובדה, שכמו בטבע, ניתן לשפר את התכונות של החומרים האקטיביים על ידי שימוש בחומרים אקטיביים מרוכבים העשויים משניים או יותר מרכיבים. בפרט השימוש בחומרים מרוכבים מאפשר שיפור של הצימוד בין השדה הלא מכני לשדה המכני. נושא זה הינו מרכזי בעבודה המוצעת.
העבודה בנושא חומרים אקטיביים תקנה לסטודנטים המשתתפים בו ידע במספר תחומים שחשיבותם במדע, בטכנולוגיה ובתעשיה הולכים וגדלים. חלק מהנושאים הם:
• מכניקה של חומרים העוברים דפורמציות גדולות (רקמות רכות ואלסטומרים)
• חומרים מרוכבים (רקמות ביולוגיות וסגסוגות עם זיכרון)
• תופעות צימוד של שדות מכניים עם שדות שאינם מכניים (אקטואטורים וחיישנים)
• הדמיה של חומרים ותופעות אלו בשיטת האלמנט הסופי
• ביצוע ניסויים הכוללים שיפעול של חומרים באמצעות שדות חשמליים
עבודת המסטר המוצעת תתמקד בפיתוח תוכנה המאפשרת הדמיה של חומרים תחת העמסה מכנית המשולבת עם עירור שאינו מכני. התוכנה תתבסס על תוכנת אלמטים סופיים מסחרית שבה יבוצע פיתרון הבעיה המכנית, תוך כדי שילוב עם תוכנה חיצונית שבאמצעותה יבוצע הפיתרון של הבעיה המצומדת. העבודה ממומנת על ידי הקרן הדו לאומית למדע ארה"ב ישראל (BSF) ומבוצעת בשיתוף עם פרופ. Bhattacharya מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה.
בפרוייקט שנה ד' המוצע תבנה מערכת ניסויית באמצעותה ניתן יהיה לעורר חומר אלקטרואקטיבי, למדוד את האקטואציה שלו, את תכונותיו המכניות, הדיאלקטריות ואת מקדמי הצימוד. דרישות: קורסי אלסטיות וחומרים מרוכבים.
• עדיפות לסטודנטים המעוניינים להתחיל את עבודתם בקיץ הקרוב.
• לסטודנטים שנה ד' - עדיפות למעוניינים להמשיך את לימודיהם למסטר.
לפרטים ניתן לפנות לגל דבוטון בחדר 337 בבניין הנדסת מכונות
(לראש הדף)