U3F1ZWV6ZTE5MTg5NjkyNTQzNDYwX0ZyZWUxMjEwNjUxNzQwNTUyMw==

علماء يتوصلون لمواد تتذكر وتغير شكلها تستخدم في المنسوجات الذكية

علماء يتوصلون لمواد تتذكر وتغير شكلها تستخدم في المنسوجات الذكية

علماء يتوصلون لمواد تتذكر وتغير شكلها تستخدم في المنسوجات الذكية


 يبذل أصحاب الشعر المجعد جهداً لفرد الشعر بالحرارة ، وعند تعرضه للماء سيرتد إلى شكله الأصلي في نفس اللحظة التي يلامس الماء فيها. 
 ويرجع السبب إلى الذاكرة الخاصة بالشعر، كما تسمح الخصائص المادية للشعر بتغيير الشكل عند التعرض لمحفزات كالحرارة في حالة الفرد ، أوالماء عند غسل الشعر حيث يعود لشكلة الأصلي .

تخيل لوكانت المواد الأخرى التي نستخدمها في حياتنا اليومية ، تتمتع بخاصية الذاكرة وخاصة المنسوجات ، فعندها نستطيع صنع قميص مثلاً بفتحات للتهوية ، تفتح تلقائياً عند تعرضها للرطوبة وتغلق من تلقاء نفسها عندما تجف،أو بنطال بمقاس ثابت ولكن يتمدد ويتقلص وفقاً لقياسات الشخص الذي يرتديه.

تبقى هذه تخيلات ولكن العلماء يعملون بشكل جدي على تطوير هذا النوع من التكنولوجيا، فقد طور مؤخراً باحثون في كلية  هارفارد جون إيه بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية ( Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences )مادة يتم طباعتها بواسطة التقنية الثلاثية الأبعاد ويتم برمجتها بذاكرة ذات شكل عكسي. 

وتتكون المادة بشكل أساسي من الكرياتين ، وهو بروتين من عائلة البروتينات الليفية الصلبة عديمة الذوبان ،ويوجد الكرياتين في الشعر والأظافر لدى الإنسان،وقد نُشر البحث في دورية "نيتشر ماتريالز" Nature Materials بتاريخ 31 أغسطس/آب الماضي.

ماهو الكرياتين


يدخل الكرياتين كمادة أساسية في تكوين الجلد والحوافر والقرون والشعر والصوف والأظافر، ويعتبر من المواد الصلبة من بين مثيلاتها من المواد الحيوية ، ويضاهي الكرياتين في الصلابة مادة الكيتين التي يتشكل منها الهيكل الصلب لمعظم أنواع الحشرات ومفصليات الرجل وبعض الحيوانات الأخرى.


استخرج الباحثون الكيراتين من بقايا صوف "أغورا" (Agora wool) الذي يستخدم في صناعة المنسوجات، ويمكن أن يساعد البحث الجديد في جهود الحد من التلوث لتقليل الهدر في صناعة الأزياء،  ويعتبر "أغورا" من أكبر المواد  الملوثة للبيئة على كوكب الأرض.

وتحدث كيت باركر، أستاذ الهندسة الحيوية والفيزياء التطبيقية وكبير مؤلفي البحث في كلية هارفارد جون إيه بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية،  في بيان صحفي نشر على موقع الكلية "الآثار المترتبة على استدامة الموارد الطبيعية واضحة"

وأضاف "باستخدام بروتين الكيراتين المعاد تدويره، يمكننا أن نفعل نفس القدر، أو أكثر، مما تم القيام به عن طريق جز الحيوانات حتى الآن، وبذلك نحد من التأثير البيئي للمنسوجات وصناعة الأزياء".

 

كيف ستتم العملية

يبحث المصممون -مثل ستيلا مكارثي، حاليا- عن أليات لكيفية استخدام هذه المواد في صناعة الأزياء. وقال لوكا سيرا، زميل ما بعد الدكتوراه في كلية هارفارد جون إيه بولسون والمؤلف الأول للدراسة في البيان الصحفي ذاته "إن مفتاح قدرات الكيراتين على تغيير شكله هو هيكله الهرمي".

وأضاف "يتم ترتيب سلسلة واحدة من الكيراتين في هيكل يشبه الزنبرك يُعرف باسم لولب ألفا (alpha helix أو α-helix) وهو بروتين ثانوي البنية في الخلايا الحية شكله لولبي".

تلتف اثنتان من سلاسل الكيراتين هذه معا لتشكيل بنية تُعرف باسم الملف الملفوف، ويتم تجميع العديد من هذه الملفات الملفوفة في خيوط أولية وفي النهاية تجدل إلى ألياف كبيرة".

وعندما يتم شد الألياف أو تعريضها لمحفز معين، تنفصل الهياكل الشبيهة بالزنبرك، وتعيد الروابط ترتيبها لتشكيل صفائح "بيتا" مستقرة. وتظل الألياف في هذا الوضع حتى يتم تشغيلها للعودة إلى شكلها الأصلي.

وتابع سيرا "إن تنظيم لولب ألفا والروابط الكيميائية الضامة يمنح المادة قوة وذاكرة الشكل.

التجارب الأولى

قام المحللون بطباعة أوراق كيراتين ثلاثية الأبعاد في مجموعة متنوعة من الأشكال وبعد ذلك قاموا بتخصيص الحالة الدائمة للمادة (الشكل الأخير الذي ستعيد زيارته حتمًا) باستخدام إجابة من بيروكسيد الهيدروجين وفوسفات أحادي الصوديوم.

عندما يتم ضبط ذاكرة الشكل ، يمكن إعادة بناء الورق وتصميمه في أشكال جديدة. على سبيل المثال ، لوح من الكيراتين يبدو وكأنه نجم اوريغامي محير انهار كشكل دائم ، وبمجرد أن توازنت الذاكرة ، قام المتخصصون بإغراق النجم في الماء ، حيث تمدد وأصبح مرنًا. عند هذه النقطة قاموا بلف الورقة في أسطوانة محدودة بمجرد أن تجف ، ولتبديل الدورة ، أعادوا الأسطوانة إلى الماء ، حيث أعيد تشكيلها لتصبح نجمة أوريجامي في شكل مماثل للشكل الأول.

"تم ضبط هذه الدورة المكونة من مرحلتين من الطباعة ثلاثية الأبعاد للمادة للسماح بأشكال دائمة للسماح بتصنيع أشكال معقدة حقًا مع إبرازات إضافية تصل إلى مستوى الميكرون .. وهذا يجعل المادة معقولة لنطاق واسع من الاستخدامات من المواد وقال سيرا "لبناء الأنسجة".

صرح باركر ، "لقد أثبتنا أنه يمكننا إعادة استخدام الصوف ، ولكن تصنيع أشياء من الصوف المعاد استخدامه لم نتخيله أبدًا." "نحن نواصل إعادة النظر في المواد ، باستخدام الجسيمات الطبيعية كركائز بناء ، حيث لم يتم استخدامها مطلقًا" ، أضاف.
تعليقات
ليست هناك تعليقات
إرسال تعليق

إرسال تعليق

الاسمبريد إلكترونيرسالة