درع مستوحى من "روبيان السرعوف".. مادة خارقة تقاوم الرصاص والشظايا
يملك هذا الكائن زوائد أمامية تُسمى مطرقة أو رمّاحة حسب النوع، يستخدمها للهجوم على فريسته بضربة سريعة، وكأنها سيارة تجري بسرعة تصل إلى 80 كيلومترا في الساعة.
كذلك تولد الضربة طاقة عالية كافية لتحطيم أصداف الرخويات أو كسر الزجاج السميك في أحواض الأسماك، إذ يُقدّر الضغط الناتج عن الضربة بأكثر من 1500 نيوتن.
ولفهم مدى القوة (نسبيا)، فإن ملاكما قويا مثل مايك تايسون أو محمد علي يمكن أن يوجه لكمة بقوة تتراوح بين 300 إلى 600 نيوتن تقريبا، حسب وزنه وتكتيك الضربة، وقد أظهرت بعض الأرصاد الحديثة على ملاكمين محترفين أن أقوى اللكمات البشرية المسجلة وصلت إلى حوالي ألف نيوتن، في ظروف خاصة.
هيكل بوليغاند
واليوم، قرر فريق من العلماء محاكاة بنيته المجهرية لصنع مادة ثورية جديدة قادرة على امتصاص الصدمات العالية، مع إمكانية استخدامها في الفضاء والدروع والزجاج المقاوم للرصاص.
وقاد البحث كل من الدكتور إدوين تشان والباحثة سوجين لي من المعهد الوطني للمعايير والتقنية في الولايات المتحدة، وأراد الفريق فهم سر صلابة طرف روبيان السرعوف، الذي لا يتحطم رغم الضربات العنيفة، ووجدوا أن السر يكمن في بنية مجهرية مدهشة تُعرف باسم "هيكل بوليغاند"، حسب بيان صحفي رسمي صادر من المعهد.
هذا الهيكل يتكوّن من صفائح صغيرة للغاية، مرتبة على شكل طبقات تدور تدريجيا، مما يمنحها مزيجا فريدا من القوة والمرونة، فالبنية ليست قاسية بالكامل ولا لينة بالكامل، بل تعيد توجيه الطاقة بدلا من أن تتشقق أو تتحطم.
نتائج مثيرة للانتباه
وحسب الدراسة، التي نشرت في دورية "بي إن إيه إس"، قام الباحثون ببناء هيكل شبيه صناعيا باستخدام بلورات نانوية من السليلوز، وهي مادة مشتقة من الألياف النباتية، ثم رتّبت البلورات بشكل ذاتي إلى صفائح دقيقة، لتُحاكي الهيكل الأصلي لروبيان السرعوف. ولجعل المادة أكثر فعالية، استخدم الفريق موجات صوتية عالية التردد لتعديل صفات البلورات قبل أن تركب كأغشية رقيقة.
ولاختبار صلابة هذا الهيكل، تم إطلاق جسيمات صغيرة من السيليكا بسرعة تصل إلى 600 متر/ثانية (أي ضعف سرعة رصاصة بندقية) نحو هذه الأغشية، باستخدام ليزر عالي الكثافة، ثم سجل العلماء تأثير الاصطدام بكاميرات فائق السرعة.
وجاءت النتائج لتُظهر أن بعض الجسيمات أحدثت انبعاجا دائما في المادة، لكن بعضها الآخر ارتد مثل كرة التنس بعد اصطدامها، في ظاهرة تُظهر أن المادة لم تتكسر، بل أعادت توزيع الطاقة.
وتبيّن للعلماء أن الطريقة التي تم بها ترتيب الطبقات، بالإضافة إلى سماكتها وكثافتها، تؤثر تأثيرا مباشرا في طريقة امتصاص الصدمة، فالطبقات الرقيقة تمتص الطاقة مباشرة، لكنها تحتفظ بتشوه دائم، أما الطبقات السميكة فتُعيد توجيه موجات الصدمة عبر الطبقات، ما يقلل التلف ويزيد من مرونة الرد.
هذا التفاعل بين البنية والصدمة يشبه دفاعا متقنا في حلبة ملاكمة، فبدلا من تلقي الضربة كاملة، تُمتص الضربة ثم يُعاد توجيهها للخارج.
تطبيقات واعدة
ووفقا للدراسة، فإن هذه المادة لا تقتصر فائدتها على الدراسة الأكاديمية فقط، بل يمكنها أن تحدث ثورة في تصميم المواد الواقية في عدة مجالات:
الفضاء: حماية المركبات والأقمار الصناعية من اصطدام النيازك الصغيرة والحطام الفضائي.
الهندسة المدنية: تصنيع مواد مقاومة للانفجارات في المباني والبنى التحتية.
الجيش والأمن: تطوير خوذ ودروع وزجاج مقاوم للرصاص بخفة غير مسبوقة.
الرياضات الخطرة: خوذ ومعدات واقية أكثر مرونة وأمانا دون التضحية بالراحة.
وفي النهاية، فإن هذا المشروع البحثي يُثبت مرة أخرى أن "المحاكاة الحيوية" ليست مجرد فرع ثانوي لعلوم الهندسة، بل قد تكون بوابة الثورة القادمة في المواد والتقنيات المتقدمة.
هاشتاغز
جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا
اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:
التعليقات
لا يوجد تعليقات بعد...
أخبار ذات صلة
الجزيرة
منذ 3 ساعات
- الجزيرة
الصين تكشف "السر الكيميائي" للتخلص من أسراب الجراد المدمرة
لطالما اعتبر الجراد غازيا مدمرا للمحاصيل الزراعية، ويحتاج للقيام بذلك إلى سلاح واحد فقط، وهو إشارة كيميائية تحوله من كائنات فردية مسالمة إلى جيش ضارب متحرك. الآن، ولأول مرة، تمكن العلماء من فك شفرة هذه "الرسالة" الكيميائية التي تمكن الجراد من "التحدث" مع بعضه البعض بلغة سرية تدفعه إلى الاتحاد في أسراب مدمرة. وفي دراسة حديثة نُشرت في دورية"نيتشر"، توصل فريق من علماء الحيوان والمهندسين الجزيئيين وخبراء مكافحة الآفات بالأكاديمية الصينية للعلوم، بالتعاون مع باحثين من جامعة بكين، إلى تحديد الإنزيمات والمركبات المسؤولة عن إنتاج مادة "4 في إيه"، وهي الفيرومون التي تحفز الجراد على الانتقال من حالة الانفراد إلى تشكيل أسراب ضخمة. كيف اكتشف الباحثون سر السلاح المدمر؟ وللوصول إلى هذه النتائج، قام الباحثون بتعطيل بعض الجينات في أرجل الجراد الخلفية، حيث يُنتج هذا الفيرومون، حتى حددوا الجين المسؤول عن إنزيم يُدعى "4 في بي إم تي1″، الذي يحول بدوره مركبا أوليا يُعرف باسم "4 في بي" إلى المادة الفعالة "4 في إيه". وفي خطوة أكثر جرأة، اختبر الباحثون مادة تُدعى "4-نيتروفينول"، ووجدوها قادرة على وقف هذا التحول السلوكي في الجراد عند إضافتها إلى غذائه، وهو ما يفتح الباب أمام استخدامها كرذاذ على المحاصيل لمنع تشكل الأسراب. وتُستخدم "4-نيتروفينول" كمادة وسيطة لصناعة الأصباغ، وتدخل في صناعة بعض المبيدات الحشرية ومثبطات التآكل، لكن رغم فعاليتها في وأد هجوم الجراد فإن لها تأثيرات بيئية ضارة، وهو ما يدفع الفريق الآن للبحث عن بدائل أكثر أمانا، يمكنها تحقيق التأثير نفسه دون المساس بالبيئة. خطوة نحو التخلص من المبيدات ووفق الدراسة، فإن هذا الاكتشاف يمثل خطوة مهمة نحو مكافحة الجراد بطريقة ذكية وآمنة، بعيدا عن المبيدات التقليدية التي لطالما ارتبطت بمخاطر بيئية وصحية. والمبيدات هي الطريقة الأكثر استخداما عالميا في مكافحة الجراد، حيث تُرش جوا أو برا على أسرابه أو مناطق تكاثره، ومن أبرز المبيدات المستخدمة "مالاثيون"، و"دلتامثرين"، و"فبرونيل". وهذه الأداة فعالة وسريعة المفعول، لكن من عيوبها التأثير سلبيا على البيئة (تلويث المياه والتربة)، وقتل الحشرات النافعة أيضا (مثل النحل)، وتسبب مقاومة في الجراد عند تكرار الاستخدام، لذلك تسعى الفرق البحثية إلى وسائل أكثر أمانا لمقاومة هذه الحشرة المهددة للأمن الغذائي. ويمكن لسرب واحد من الجراد أن يضم 80 مليون جرادة، ويغطي بهذا العدد حوالي كيلومتر مربع، وهذا السرب يمكنه استهلاك ما يعادل غذاء 35 ألف شخص في يوم واحد، ويتغذى الجراد على جميع أنواع النباتات تقريبا، من القمح إلى الذرة، والأرز، والشعير، والخضروات، وحتى الأشجار.
الجزيرة
منذ يوم واحد
- الجزيرة
فرضية تقترح أن الزمن له ثلاثة أبعاد والمكان ليس إلا "نتيجة"
لطالما اعتقدنا، أن الواقع مبني على ثلاثة أبعاد مكانية (الطول والعرض والارتفاع) وبعد رابع يمثل الزمن، يمكن لنا التحرك بسهولة داخل الأبعاد المكانية، بينما نحن مجبولون على المضي في اتجاه واحد يخص البعد الرابع، إنه المستقبل. لكن جونتر كليتيتشكا، عالم الفيزياء من جامعة ألاسكا فيربانكس، يقترح تصورا جذريًا، حيث يفترض أن الزمن هو الأساس الحقيقي للواقع، وله ثلاثة أبعاد، بينما المكان ينشأ كنتيجة ثانوية من تلك الأبعاد الزمنية، بحسب دراسة نشرت بدورية "رِبورتس إن أدفانسِز أوف فيزيكال ساينسِز". قماش الواقع ولغرض التبسيط تخيل أن لدينا لوحة رسم قماشية بيضاء، هذا القماش هو ما يُبنى عليه كل شيء، في التشبيه فإن الزمن بأبعاده الثلاثة هو هذا القماش الأساسي، أي أن الزمن ليس مجرد "خلفية" تمر فيها الأحداث، بل هو الإطار البنيوي الحقيقي للكون. على نفس القماش، فإن الألوان والأشكال التي نرسمها على القماش تمثل الأبعاد المكانية الثلاثة، هذه "الألوان" لا توجد بذاتها، بل تظهر فقط عندما نرسمها على القماش. كذلك، في تصور كليتيتشكا، المكان لا يوجد بذاته، بل يظهر فقط كنتيجة أو أثر للتفاعلات داخل بنية الزمن الثلاثي. وعندما ننظر إلى اللوحة الفنية، نراها مزيجا من القماش والألوان. كذلك، الواقع الذي نعيشه يبدو لنا مكانا وزمانا معًا. لكن حسب هذه النظرية، الزمن هو الأصل، والمكان مشتق منه، تمامًا كما لا وجود للوحة بدون قماش، لا وجود للمكان بدون الزمن. معادلة جديدة في هذا السياق، فإن النموذج الجديد الذي يقترحه كليتيتشكا يفترض وجود ستة أبعاد في الواقع، ثلاثة زمنية وثلاثة مكانية، ويربطهما بمعادلة رياضية تدعم هذا التصوّر، جدير بالذكر أن تعدد الأبعاد ليس افتراضا جديدا، فنظرية الأوتار مثلا تسمح بوجود أبعاد متعددة، تصل إلى 26 بُعدا. ومن هذه المعادلة الجديدة، استطاع الباحث حساب كتل الجسيمات المعروفة، مثل الإلكترون والكواركات بدقة، وهو أمر مهم نادرًا ما ينجح به أي نموذج رياضي في هذا النطاق.. كما أن النموذج الجديد يحافظ على السبب والنتيجة، تمامًا كما في الزمن الأحادي، حيث تبقى العلاقة سببية؛ السبب يسبق النتيجة حتى في البُعد الزمني الآخر. أبعاد تائهة ولكنك في هذا السياق قد تسأل: وأين تلك الأبعاد الزمنية الأخرى، والإجابة، كما يعتقد بعض الباحثين، ولا سيما الفيزيائي النظري إسحاق بارز من جامعة جنوب كاليفورنيا، أن البعدين الثاني والثالث يظهران أو يتكشفان عند مستويات طاقة قصوى، كما هو الحال في بدايات الكون أو في تفاعلات الجسيمات عالية الطاقة. لكن لفهمها يضرب العلماء مثالا مبسطا في بيان صحفي رسمي أصدرته الجامعة، تخيل أنك تسير في مسارٍ مستقيم، تتحرك إلى الأمام، وبالتالي تختبر الزمن كما نعرفه. تخيّل الآن مسارًا آخر يتقاطع مع المسار الأول، ويسير جانبيا. إذا استطعت أن تسلك هذا المسار الجانبي، وتبقى في نفس اللحظة من "الزمن العادي"، فقد تجد أن الأمور قد تختلف قليلًا، ربما نسخة مختلفة من اليوم نفسه. يُمكنك السير على طول هذا المسار الثاني العمودي من استكشاف نتائج مختلفة لذلك اليوم دون الرجوع إلى الوراء أو التقدم في الزمن كما نعرفه. وجود هذه النتائج المختلفة هو البُعد الثاني للزمن. أما وسيلة الانتقال من نتيجةٍ إلى أخرى فهي البُعد الثالث. نظرية كل شيء يعتقد عدد من الفيزيائيين النظريين أن السعي وراء "نظرية الزمن ثلاثي الأبعاد" يُمثل سبيلًا للمساعدة في الإجابة عن بعض الأسئلة الفيزيائية الكبرى التي حيرت العلماء، وبخاصة في نطاق توحيد ميكانيكا الكم (النظرية التي تدرس سلوك الجسيمات على أصغر المقاييس) والنسبية العامة (النظرية التي تدرس المقاييس الكبرى)، في نظرية كمية واحدة للجاذبية. يمكن لنظرية الجاذبية الكمومية، أن تُصبح نظريةً شاملةً للكون (ما يُسمى "نظرية كل شيء")، حيث ستُوحّد هذه النظرية القوى الأساسية الأربع للطبيعة: الكهرومغناطيسية، والقوة النووية القوية، والقوة النووية الضعيفة، والجاذبية. يعتقد كليتيتشكا أن نظريته عن الزمن ثلاثي الأبعاد يُمكن أن تُساعد في هذا المسعى، حيث يُعيد الإطار الرياضي الذي ابتكره بدقة إنتاج الكتل المعروفة لجسيمات مثل الإلكترونات والميونات والكواركات، ويُفسّر أيضًا سبب امتلاك هذه الجسيمات هذه الكتل. ولكن على الرغم من أن نظرية كليتيتشكا عن الزمن ثلاثي الأبعاد تقدم أفكارا جديدة مثيرة للاهتمام، إلا أن نتائجها لم يقبلها بعد المجتمع العلمي الأوسع. إلى جانب ذلك، لا تزال النظرية في مراحلها الأولى من التدقيق، ولم يتم التحقق منها بشكل مستقل من التجارب، ولم تخضع بعد للتقييم النقدي من مجتمع الفيزياء الأوسع، كما أن هناك حاجة لنشر دراسات أخرى عن نفس النظرية في مجلات متعددة.
الجزيرة
منذ يوم واحد
- الجزيرة
ناسا تعرض صورة جديدة لجارتنا الأقرب مجرة "المرأة المسلسلة"
أصدرت وكالة الفضاء والطيران الأميركية "ناسا"، مع شراكات دولية، صورة مركبة عالية الدقة تجمع بين معطيات من أكثر من 12 تلسكوب فضائية وأرضية. هي صورة واحدة يتم تكوينها من دمج صور متعددة، كل واحدة منها مأخوذة باستخدام نوع مختلف من الأشعة (مثل الضوء المرئي، الأشعة السينية، تحت الحمراء…وغيرها). ولفهم الفكرة تخيّل مجرة المرأة المسلسلة مثل إنسان، الضوء المرئي يُريك الملابس والشكل الخارجي، والأشعة تحت الحمراء تُريك الحرارة تحت الجلد، والأشعة السينية تُريك العظام (الهيكل الداخلي)، والأشعة فوق البنفسجية تُريك الطاقة العالية من الخلايا الشابة. بدمج كل هذه "الطبقات"، تحصل على صورة "مركبة" تعطيك رؤية كاملة للكائن، وهذا هو ما تفعله الصور المركبة للمجرات، وفي حالة المرأة المسلسلة فإن الصورة الجديدة تُبرز مواقع ذات طاقة عالية حول الثقب الأسود الفائق في مركز المجرة، بالإضافة إلى أجرام مدمجة كثيفة منتشرة في أرجاء المجرة، بحسب بيان صحفي رسمي من ناسا. جارة الأرض تبتعد مجرة المرأة المسلسلة نحو 2.5 مليون سنة ضوئية عن مجرتنا، وبذلك تكون أقرب مجرة حلزونية لنا، وهي مجرة حلزونية ضخمة، مثل درب التبانة، لكن أكبر منها، وتحتوي على أكثر من تريليون نجم، أي أكثر من عدد نجوم مجرتنا، التي يعتقد أنها تحتوي على 250-400 مليار نجم. وبسبب قربها، يمكن رؤية المرأة المسلسلة بالعين المجردة من نصف الكرة الشمالي في ليالٍ مظلمة صافية، كأنها غيمة صغيرة خافتة. لعبت المجرة دورا مهما في العديد من جوانب الفيزياء الفلكية، وخاصة في اكتشاف المادة المظلمة. وفي ستينيات القرن الماضي، درست عالمة الفلك فيرا روبين وزملاؤها مجرة المرأة المسلسلة، وخلصوا إلى وجود مادة غير مرئية في المجرة تؤثر على كيفية دورانها وأذرعها الحلزونية، سُميت هذه المادة المجهولة "المادة المظلمة". بيانات مركبة تحتوي الصورة المركبة الجديدة على بيانات التُقطت بواسطة بعض أقوى التلسكوبات بالعالم في أنواع مختلفة من نطاقات الضوء، فمثلا حصل العلماء على بيانات الأشعة السينية من مرصد تشاندرا للأشعة السينية التابع لناسا، ومرصد "إكس إم إم نيوتن" التابع لوكالة الفضاء الأوروبية (ممثلة باللون الأحمر والأخضر والأزرق) أما بيانات الأشعة فوق البنفسجية من مرصد "جاليكس" التابع لناسا (الأزرق)، إلى جانب بيانات بصرية باستخدام تلسكوبات أرضية (جاكوب ساهنر وتارون كوتاري)، وبيانات الأشعة تحت الحمراء من تلسكوب سبيتزر الفضائي التابع لناسا. وإلى جانب ذلك، حصل العلماء على بيانات الأشعة تحت الحمراء من مراصد مثل كوب وبلانك وهيرشل وغيرها (تظهر بالأحمر والبرتقالي والأرجواني)، وبيانات نطاق الراديو من تلسكوب ويستربورك سينثيسيس الراديوي (وتظهر بالأحمر والبرتقالي).
