نجح فريق من الباحثين من الجامعة العبرية في "برمجة" مواد ستصبح متنوعة وغنية شبيهة بما يحدث في الطبيعة
في الصورة: شكل "القبعة المكسيكية" الذي ابتكره علماء في الجامعة العبرية نتيجة تسخين شريحة مبرمجة من هلام البوليمر.
هل من الممكن "برمجة" المواد الخاملة والمسطحة لتصبح أشكالاً ثلاثية الأبعاد ومتنوعة مثل القباب أو الممرات أو قبعات السومبريرو؟ بحسب الدكتور عيران شارون وزملائه الباحثين يائيل كلاين وإيفي إفراتي، من معهد راكاح للفيزياء في الجامعة العبرية - الجواب هو بالتأكيد نعم.
ولأول مرة في العالم، نجح الدكتور شارون وزملاؤه في جعل صفائح رقيقة من البوليمرات تنحني بشكل مستقل وتصبح أشكالاً محددة مثل القبعات والقباب، وذلك وفقاً للبرمجة المبكرة التي تمت فيها. ونشرت نتائج البحث الثوري في مجلة العلوم المرموقة.
وتشبه هذه العملية الطريقة التي تتطور بها البراعم وتتحول إلى زهرة ذات شكل معقد. "النمو غير المتساوي في المستوى يؤدي إلى تكوين هياكل ثلاثية الأبعاد، حتى تلك المعقدة للغاية"، يشرح الدكتور شارون المبدأ الذي يقوم عليه البحث.
تغير الصفائح الرقيقة من المادة شكلها لأن تركيز الهلام (الذي يتكون من شبكة من البوليمرات) الذي تصنع منه ليس موحدًا على سطحها. ونتيجة لذلك، بمجرد ارتفاع درجة الحرارة المحيطة إلى ما فوق 33 درجة مئوية، تنكمش الطبقة الهلامية بمعدلات مختلفة وفي أماكن مختلفة، وفي نهاية العملية تصبح ذات شكل محدد. وبعد سلسلة من التجارب المعملية، أدرك الباحثون أن هذه الأشكال يتم إنشاؤها نتيجة لتقلصات البوليمرات وقاموا ببناء طريقة أوتوماتيكية من شأنها الاستغناء عن كمية هلام البوليمر اللازمة لبناء الأشكال المطلوبة.
وتعتمد طريقة تصميم الأسطح التي طورها الدكتور شارون وزملاؤه الباحثون على مبادئ من مجال الهندسة التفاضلية، وهو المجال الذي استخدمه ألبرت أينشتاين عندما طور النظرية النسبية. يوضح الدكتور شارون: "هذا المبدأ هو الذي يمنح شرائح الرقائق المنحنيات في شكلها".
وبحسب الدكتور شارون، فإن نتائج البحث لها آثار مهمة، خاصة في مجال الطب الحيوي والميكانيكا الحيوية. "من خلال تطورنا، من الممكن بناء ملحقات ناعمة، مثل الأغلفة والصمامات، والتي يمكنها تغيير شكلها ديناميكيًا داخل جسم الإنسان. علاوة على ذلك، يتيح التطوير إمكانية إنشاء هياكل معقدة وديناميكية للغاية، بشكل بسيط ورخيص، يصعب إنتاجها صناعيًا. إن فهم مبدأ التصميم الجديد يمنحنا الأدوات اللازمة لفهم أحد الأسئلة العلمية الرائعة: ما هي الآليات التي تسمح للأجسام التي تنمو في الطبيعة، مثل الزهور والأجنة في رحم أمهاتها، بالحصول على الشكل المطلوب؟
