خطوط لوله آب و گاز، چاپگرهای سه بعدی و تراشه‌های ریزسیالی که در پژوهش‌های آزمایشگاهی حوزه زیست‌پزشکی استفاده می‌شوند نمونه‌هایی از سیستم‌های دارای شبکه های سیالی انشعابی هستند. طراحی و بهینه‌سازی این شبکه‌های انتقال سیالات با چالش‌های زیادی همراه است.
برای مثال این که چه ساختار هندسی برای آنها مناسب است. در مورد سیالات نیوتونی مثل آب، ساختار هندسی موضوع پژوهش‌های گسترده‌ای بوده است، اما بهینه‌سازی سیالات غیرنیوتونی که رفتار پیچیده‌تری دارند، بسیار دشوارتر است. این مشکل در مورد برخی از اشکال رفتاری خاص سیالات غیرنیوتونی حل شده است.
برای مثال، مایعاتی که گاهی فقط تحت استرس معینی شروع به جاری شدن می‌کنند یا با جریان یافتن تقریباً به حالت چسبنده در می‌آیند. این مایعات شامل خون، جوهر چاپگر سه بعدی، آرد ذرت، خمیردندان، پلاستیک مایع و گل لاروبی هستند.
پژوهشگرهای دانشگاه صنعتی «توئنته» در کشور هلند یک روش نظری برای طراحی شبکه‌های سیالی ابداع کرده‌اند که برای دانشمندان و مهندسین بسیار کاربردی است. آنها با استفاده از جدول‌های گرافیکی قطر بهینه کانال‌های درون شبکه انشعابی را تعیین می‌کنند. بدین ترتیب، اتلاف انرژی درون شبکه در پایین‌ترین حد نگه داشته می‌شود. حتی وقتی محدودیت‌های کاربردی مثل اندازه استاندارد کانال یا قدرت تحمل، حاکی از بهینه نبودن قطر کانال باشند می‌توان از طریق نقشه‌ها و جداول گرافیکی اتلاف انرژی را کاهش داد یا دست‌کم مقدار آن را تعیین کرد.
نتیجه‌ای که از این روش به‌دست می‌آید در سیستم‌های متنوعی کاربرد دارد؛ از توزیع بهینه گرما در ذخیره‌سازی انرژی حرارتی تا گرفتن کربن‌دی‌اکسید از محیط و طراحی ریه مصنوعی. ریه نمونه‌ای از یک شبکه سیالی است که منشعب شده است. اگر از نزدیک به ریه‌ها نگاه کنیم، ساختاری را می‌بینیم که از کانال‌های ریزی تشکیل شده و هوا از طریق این مجراهای بسیار ظریف دم و بازدم می‌شود. نای به مجراهای نازک‌تر و کوچک‌تری تقسیم می‌شود که آنها نیز به نوبه خود منشعب می‌شوند. این ویژگی سبب می‌شود هوا در تماس با سطح وسیعی قرار گیرد و در نتیجه تبادل اکسیژن و کربن‌دی‌اکسید امکان‌پذیر شود.
شبکه‌هایی این چنینی در دستگاه گردش خون، کلیه‌ها و درخت‌ها نیز وجود دارند. در درخت‌ها انشعاب کانال‌ها از ریشه‌ها آغاز و به رگبرگ‌ها ختم می‌شود. این شبکه‌های طبیعی در صرفه‌جویی انرژی، فضا و مواد بسیار کارآمد هستند و در نتیجه بازده بالایی دارند.
فضازمان و الکترومغناطیس
نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین در شناخت ما از جهان تحول زیادی به وجود آورد. این نظریه موجب ظهور مفهوم زمان مکان پیوسته شد که همه پدیده‌های فیزیکی ضد آن اتفاق می‌افتند، اما در طول دهه‌ها، پرسش‌هایی را به جا گذاشته است که هنوز پاسخی به آنها داده نشده است.
چگونه معادلات اینشتین می‌توانند نیروهایی غیر از گرانش را توصیف کنند؟ اشکال تاریک انرژی و ماده که باعث انبساط جهان و تغییر و تحول کهکشان ها می‌شوند چه هستند؟ یک راه حل ساده برای پاسخگویی به این پرسش‌ها داده شده است: نظریه‌های فضازمان و الکترومغناطیس هر دو یک چیز را بیان می‌کنند. معادلات میدان اینشتین می‌توانند توصیف‌گر تمامی تعاملات فیزیکی شناخته‌شده باشند؛ از جمله تعاملاتی که الکترومغناطیس کلاسیک آنها را شرح داده است. به نظر می‌رسد فضازمان چگونگی دریافت ما از میدان‌های الکترومغناطیس باشد.
دانشمندان برای پشتیبانی از هم‌سویی و تطابق بین فضازمان و الکترومغناطیس به توصیف این می‌پردازند که چگونه مسأله ثابت کیهانی در نظریه اینشتین که تصور می‌شود عامل وجود ماده تاریک باشد در حقیقت توصیفی از میدان الکترومغناطیس است. اگر پژوهش‌های بیشتر این یافته‌ها را تأیید کنند، این بدان معنا خواهد بود که اینشتین از ابتدا درست می‌گفت و نسبیت عام می‌تواند چیزهایی بسیار بیشتر از گرانش را توضیح دهد.
روزنامه اطلاعات
