ابتكار مادة ذكية تغير شكلها استجابة لمؤثرات خارجية

كشف مهندسون عن نوع جديد من المواد المتبدلة الشكل التي تتمتع بذاكرة، حيث أنها تستطيع أن تبدل شكلها بالتجاوب مع مؤثرات خارجية كالحرارة والكهرباء والموجات الكهرومغناطيسية، ثم تعود إلى هيئتها الأصلية حينما ينتهي تأثير تلك المؤثرات.

ثورة في الصناعات

ويزعم الباحثون أن هذه المادة الجديدة قد تطلق ثورة في مجموعة من الصناعات بدءاً من محركات الطائرات النفاثة وصولاً إلى الروبوتات.

نوع مميز من السيراميك

وابتكر فريق من الباحثين من “معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا” في الولايات المتحدة تلك “المادة الذكية” مستخدمين نوعاً مميزاً من السيراميك يمكنه أن يتحمل درجات حرارة كبيرة، فضلاً عن كونه مقاوماً لعمليات قاسية من الإجهاد والتآكل.

وفي التفاصيل التي نشرتها المجلة العلمية “نيتشر”Nature الأربعاء الماضي، حينما تتعرض تلك المادة إلى نوع معين من التحفيز، كأن يحصل ذلك من طريق الحرارة أو الضغط الميكانيكي أو حقول كهربائية أو مغناطيسية، تغير هذه المادة شكلها بنسبة تصل حتى 10%.

مواد متذكرة سابقة

وفي سنوات سابقة، صنعت مواد متبدلة تمتلك القدرة على تذكر الأشكال، لكن كل تلك المواد جاءت من المعادن، بالتالي، فإن استخداماتها تبقى محدودة في ظروف الحرارة المرتفعة أو في التراكيب الفائقة الصغر.

وتحدث في هذا الشأن البروفيسور كريستوفر شوه أحد الاختصاصيين في قسم “علوم المواد وهندستها” في “معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا”، حيث أوضح أن “المواد المتذكرة للشكل الموجودة في العالم كلها معدنية”.

ووفق شرح البروفيسور شوه، “حينما تحدث تغييراً في شكل مادة ما على المستوى الذري، يطرأ قدر كبير من الضرر عليها، إذ يتعين على الذرات تغيير توزيعها وتعديل بنيتها. وفيما الذرات تتحرك وتعيد ترتيب نفسها، من السهل نوعاً ما أن تتموضع في نقاط مكانية خاطئة، مع إصابة المادة بعيوب وأضرار، مما يقود إلى إجهادها وانهيارها في نهاية المطاف”.

استخدام كافة أدوات العلم

وتطلب ابتكار السيراميك المتغير الشكل من الباحثين استخدام “أدوات العلم الحديثة كافة”، من بينها الديناميكا الحرارية الحاسوبية، وفيزياء التحول الطوري، والحسابات البلورية، وتعلم الآلات.

التطبيقات العملية بعيدة المنال

في المقابل، ما زالت التطبيقات العملية لهذه المادة بعيدة المنال، على الرغم من أن الباحثين يزعمون أن ابتكار مكبس متناهي الصغر “مصنوع من تلك المادة” يملك استخدامات واسعة.

في ذلك الصدد، لاحظ البروفيسور شوه أنه من الصعب جداً تصغير حجم المكبس الهيدروليكي، ومن العسير صنعه على المقياس الفائق الصغر. وتتمثل الفكرة في أن يكون لديك نسخة صلبة من ذلك “المكبس الهيدروليكي” تكون مصنوعة بمقاييس صغيرة جداً. لطالما اعتقدت أن ثمة تطبيقات كثيرة للأفكار حول المادة على المستوى الفائق الصغر. إن الروبوتات متناهية الصغر المصممة للعمل في الأماكن الصغيرة، والصمامات التي تعمل بأسلوب “المختبر على رقاقة إلكترونية”، ومجموعة كبيرة من الأدوات الصغيرة التي تحتاج إلى تحريك؛ “إنّ تلك الأشياء كلها” من شأنها أن تستفيد من أجهزة ذكية قابلة للارتداء “تكون مصنوعة من المادة المتبدلة المتمتعة بالذاكرة”.

مجلة سيدتي