مواد قوية للغاية مستوحاة من القواقع

أصبح الباحثون الآن أقرب إلى تطوير مواد مركبة فائقة القوة، وذلك بفضل فرس النبي، وهو عبارة عن قشريات بحرية صغيرة ملونة تعمل على تفكيك قوقعة فريستها باستخدام ملحق يشبه الكماشة يسمى نادي داكتيل. يصف الباحثون لأول مرة البنية الفريدة لهذا الملحق

ترجمة الدكتور نحماني موشيه]
أصبح الباحثون الآن أقرب إلى تطوير مواد مركبة فائقة القوة، وذلك بفضل فرس النبي، وهو عبارة عن قشريات بحرية صغيرة ملونة تعمل على تفكيك قوقعة فريستها باستخدام ملحق يشبه الكماشة يسمى نادي داكتيل. يصف الباحثون لأول مرة البنية الفريدة لهذا الملحق.

أصبح الباحثون في جامعة كاليفورنيا الآن أقرب إلى تطوير مواد مركبة قوية للغاية، وذلك بفضل فرس النبي، وهو قشريات بحرية صغيرة ملونة تعمل على تفكيك قوقعة فريستها باستخدام ملحق يشبه الكماشة يسمى نادي داكتيل. ويصف البحث المحدث، والذي سيتم نشره في المجلة العلمية Advanced Materials، لأول مرة على الإطلاق بنية هيدرا فريدة من نوعها، والتي لم يتم ملاحظتها من قبل في الطبيعة، داخل الطبقة الخارجية للهاسيلون. هذا الهيكل الصلب لا يحمي مخالب الصقر أثناء الضربة فحسب، بل هو ما يسمح له بإلحاق ضرر كبير بفريسته.

يوجد فرس النبي من نوع السرعوف في الطبيعة في نسختين: "الضرب" و"الطعن". في حين أن القواقع المخوزقة تقتل فرائسها عن طريق دفع سيخ إلى كائنات بحرية ذات أجساد ناعمة، فإن القواقع القاتلة تقتل فرائسها ذات القشرة الصلبة، مثل السرطانات والقواقع، عن طريق سحقها بسرعة وقوة عالية. كجزء من دراسة سابقة، بما في ذلك مقال نشر عام 2012 في المجلة العلمية المرموقة Science، كشف الباحثون عن عدة مناطق مختلفة في العضو الذي يسمى نادي الداكتيل، بما في ذلك منطقة داخلية تسمى "منطقة الدورة الدموية"، والتي تحتوي على طاقة- هيكل ماص قادر أيضًا على درء الأمواج القوية التي تضر بالحيوان البحري. تتكون هذه المنطقة الممتصة للطاقة من جزأين: منطقة عضوية مكونة من الكيتين (مادة ليفية موجودة في الهيكل الخارجي للمفصليات) منظمة في هيكل حلزوني مثل الدرج الحلزوني، ومادة غير عضوية مكونة من أملحين غير متبلورين: فوسفات الكالسيوم والكالسيوم كربونات.

تتكون منطقة التأثير من طبقة مقاومة للكسر تحمي من القرص عندما تضرب البزاقة فريستها. ومع ذلك، على عكس منطقة الدورة الدموية، تتكون منطقة الإصابة من ملح بلوري - فوسفات الكالسيوم (نفس الملح الموجود في عظام الإنسان) الذي يلتف حول ألياف الكيتين العضوية. ووجد الباحثون أن هذه الألياف الملحية تم ضغطها من أجل إنشاء "بنية حلزونية" أكثر صلابة بكثير من الهياكل التي تشكل المنطقة الدورية. وعلى الرغم من أن آلية تكوين هذا الهيكل لا تزال غير واضحة بما فيه الكفاية، إلا أن الباحثين يفترضون أن اختلاف الضغوط الواردة أثناء تكوين المادة البلورية في منطقة الارتطام هو سبب الحصول على الهيكل الحلزوني. بالإضافة إلى هذه المكونات، فإن الطبقة الخارجية لمنطقة التأثير تختلف أيضًا عن الطبقات الأخرى، وتتكون من طبقة رقيقة حول المشابك، مما يسمح بتشتيت الضغوط المؤثرة على الطبقة الخارجية. "من الدراسات السابقة، نعلم أن منطقة التأثير تسمح للثعبان بنقل قدر كبير من الزخم إلى فريسته، بينما يقاوم تكوين الكسور، ولكن كان من الرائع أن نكتشف في بحثنا أن خصائص هذا الثعبان المقاوم للضغط بشكل خاص "تنبع المادة من بنيتها الفريدة"، يوضح الباحث الرئيسي.

ومن أجل تأكيد فرضيتهم، أنشأ الباحثون هيكل إيدرا باستخدام مواد اصطناعية وطابعة ثلاثية الأبعاد. وحتى قبل ذلك، تمكنوا من تطوير نماذج حاسوبية تعيد إنتاج التفاصيل الأكثر دقة لهيكل إيدرا. أظهرت هذه النماذج أن الضغوط الضارة يمكن توزيعها بشكل أكثر انتظامًا في مثل هذه الهياكل، مع منع الفشل الهيكلي المدمر. كما أثبتت اختبارات ضغط المادة الاصطناعية المطبوعة في الطابعة ثلاثية الأبعاد أن هيكل الإدرة يجعل منطقة التأثير أكثر كفاءة من المنطقة الدائرية من حيث تشتيت الضغوط ومنع تكون الشقوق والكسور. يمكن أن تساعد المعلومات التي تم الحصول عليها من هذا البحث في التطوير المستقبلي لمواد مبتكرة مقاومة للضغط في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك مجالات الفضاء والطيران والسيارات والدروع.

أخبار الدراسة

للبحث العلمي

هيكل إيدرا للطبقة الخارجية (منطقة التأثير) لهاسيلون [صورة من جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد]