تصميم جديد يجعل المواد الخارقة مرنة وصلبة في آن واحد

كتبت: مها طــه

وجد الباحثون طريقة لضبط المواد بحيث تستطيع تغيير صلابتها والتحول من ليونة المطاط إلى صلابة الفولاذ، ببساطة عن طريق وضع كمية صغيرة من الضغط عليها. هذا التصميم الجديد للـ(metamaterials – المواد الخارقة) وهي المواد التي تم هندسة خصائصها وغير الموجودة في الطبيعة، والتي يُمكن استخدامها في أمور متعددة مثل: الوسائد الهوائية التي تلتحق بجسم السيارة أو إطارات الدراجات الهوائية التي تُعدَل تلقائيًا من متانتها.

ما يجعل هذا النهج واعدًا بشكلٍ خاص، هو أنه قابل للتحولات المتكررة بشكلٍ جيد، حيث أن تحول المادة لا يؤثر ولا يُسبب أي ضرر للعناصر الداخلة في المادة، كما أنه لا يستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة في عملية التحول.

قال الفيزيائي «شياو مينج ماو» من جامعة ميتشيجان، أن الجزء الأهم في هذه المواد الخارقة هو أن سطحها قابل لتغيير صلابته بين الليونة والصلابة، وعادةً من الصعب تغيير صلابة المواد التقليدية، فهي إما تكن لينة أو صلبة بعد تصنيعها.

بالنظر إلى حشوات الأسنان مثلًا، فهي لا يمكن تغيير صلابتها بعد زرعها إلا بإجراء بعض الحفر والطحن في الأسنان من قبل الطبيب، لكن مع التقنية التي ابتكرها «ماو» ورفاقه، فإن هذه القواعد الطبيعية لا تنطبق، وكما يُظهر الفيديو التوضيحي، فإن الشكل الهندسي للمادة الجديدة يعتمد على شبكة من الدعامات الصغيرة التي ترتبط ببعضها البعض عن طريق مفصلات كما هو موضح:

بمجرد أن تقع هذه الشبكة تحت الضغط، فإنها تغير من خصائص السطح في المواد، ولذلك تصبح أكثر ليونة أو أكثر صلابة حول الحواف، ولكن بفضل المفصلات الموجودة فيها والتي تأخذ كل الضغط فإن الطبيعة الطبوغرافية للمادة تبقى على حالها.

التصميم الجديد يُمكن أن يمهد الطريق أمام الصواريخ لتبقى جامدة في أثناء الإقلاع ثم تصبح أكثر ليونة عندما تهبط إلى الأرض أو لتوجيه عجلات السيارات لاستيعاب الضغط الواقع عليها في أثناء الحوادث.

قال «ماو» أنك كمستخدم تريد أن تقود سيارة تتمتع بالصلابة والقوة والقدرة على التحمل، وفي خلال وقوع حوادث التصادم تريد أن تكون مكوناتها أكثر مرونة لتمتص الطاقة الناتجة عن الصدمة وتحمي الركاب منها.

وعلى الرغم من أن الوقت مازال مبكرًا أمام هذا النوع من المواد الخارقة، إلا أن الاستخدامات المحتملة لها بالتأكيد كافية لجعلها مهمة ومؤثرة، بل ومحفزة للعلماء لبحث وتطوير استخدام هذه المواد الخارقة في العديد والعديد من الأجهزة والمركبات حولنا.

المصادر: nature  umich  sciencealert