قشرة الرأس: ليست مشكلة بل حل

تعتبر قشور الأسماك مصدر إلهام لإنتاج مواد قوية ومرنة

بواسطة أوفير ماروم

يعد جسم السمكة المغطى بالقشور مثالًا رائعًا لكيفية تعامل الطبيعة مع الحاجة إلى إنشاء أنظمة خفيفة وصلبة ومرنة في نفس الوقت. نفس المشكلة يواجهها المهندسون والعلماء الذين يُطلب منهم تصميم وحدات من شأنها حماية المركبات أو الأشخاص، لذا فمن "الطبيعي" محاولة إنتاج نفس الحل بشكل مصطنع. هذا هو بالضبط المكان الذي ظهر فيه ستيفان روديتش، الأستاذ المشارك في كلية هندسة الطيران والفضاء في التخنيون. البروفيسور روديتش متخصص في إنشاء المواد المركبة والناعمة. كانت أعمال روديتش الأولى نظرية بحتة. لقد قاموا بفحص تحليلي لسلوك المواد النشطة، التي تغير خصائصها بعد التحفيز الخارجي، والمواد التي يسمح هيكلها الخاص بالتلاعب بالموجات الصوتية. بالإضافة إلى ذلك، قام روديتش وشركاؤه بوصف آلية الدفاع التي تمتلكها الأسماك ذات القشور الصلبة المغروسة في الأنسجة الرخوة. أسفر العمل البحثي النظري عن قواعد تجعل من الممكن تصميم وإنشاء مواد مرنة ذات متانة محسنة. لو أن العمل قد تم تنفيذه منذ سنوات قليلة، لكان من الممكن أن يتوقف هنا. ومع ذلك، فإن التقدم التكنولوجي الذي أحدثته ثورة الطابعة ثلاثية الأبعاد سمح لروديتش باتخاذ خطوة إضافية في البحث واختبار نتائجه النظرية على أرض الواقع.
وفي عمله الذي نُشرت نتائجه مؤخرًا في المجلة العلمية Soft Matter، يصف روديتش خصائص المادة الجديدة التي ابتكرها في مختبره. وعلى غرار هيكل جسم السمكة، يتم إنشاء المادة الجديدة من مزيج من مادتين. الأولى مادة ناعمة ومرنة والثانية صلبة ومتينة. تمت طباعة كلتا المادتين، طباعة ثلاثية الأبعاد، في طبقات، واحدة فوق الأخرى بالتناوب. خلال التجارب سوف ندرس كيف تؤثر الأشكال الهندسية المختلفة للطبقات على خصائص المادة الجديدة. وأظهرت النتائج أنه من خلال تقنية الإنتاج الجديدة يمكن زيادة قوة المادة حتى 40 مرة على حساب انخفاضها 5 مرات فقط! بمرونة يُنظر تقليديًا إلى المرونة والقوة على أنهما صفات متعارضة تأتي على حساب الآخر. في عمله الحالي، يوضح Rodich أنه من خلال الجمع بشكل صحيح بين مادتين مختلفتين، يكون من السهل نسبيًا تحسين قوة المادة دون الانتقاص بشكل كبير من مرونتها. وفي المستقبل، يمكن لهذه الطريقة أن تجعل من الممكن إنشاء بدلات واقية خفيفة تتمتع بالمرونة في منطقة المفصل وفي نفس الوقت ذات صلابة عالية لتحسين الحماية لبقية الجسم. وفي الخطوة التالية، يخطط Rodich لاختبار مقاومة المادة الجديدة ديناميكيًا ضد الأشياء التي ستضربها بسرعة مثل الرصاص أو الشظايا.

في هذه التجربة، سيتم اختبار مزيج من مادتين محددتين، من بين أمور أخرى، لأسباب فنية. ولا شك أن نتائج هذه الدراسة تفتح نافذة على عالم جديد من الاحتمالات. ومع تحسن تكنولوجيا الطابعة ثلاثية الأبعاد، سيكون من الممكن إنشاء مواد مخصصة لكل تطبيق. إلى حد ما، يمكن القول أن هذا العمل فريد من نوعه في مجال المحاكاة الحيوية. غالبًا ما تتطلب العملية الإبداعية العمل المشترك لأشخاص من مدارس فكرية مختلفة. هنا، سمحت إمكانية الوصول العالية لإنتاج النماذج باستخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد للباحث بإدراك واختبار الأفكار المكتسبة من البحث العلمي الأكاديمي في عالم الحيوان بسرعة.

الى مصدر الخبر