«بطاريات هلامية» ناعمة قابلة للتمدد مستوحاة من ثعابين البحر

مخصصة للأجهزة القابلة للارتداء والروبوتات الناعمة

تم تصنيع هذه البطاريات من الهلاميات المائية وهي عبارة عن شبكات ثلاثية الأبعاد من البوليمرات التي تتكون من أكثر من 60% من الماء (شاترستوك)
تم تصنيع هذه البطاريات من الهلاميات المائية وهي عبارة عن شبكات ثلاثية الأبعاد من البوليمرات التي تتكون من أكثر من 60% من الماء (شاترستوك)
TT

«بطاريات هلامية» ناعمة قابلة للتمدد مستوحاة من ثعابين البحر

تم تصنيع هذه البطاريات من الهلاميات المائية وهي عبارة عن شبكات ثلاثية الأبعاد من البوليمرات التي تتكون من أكثر من 60% من الماء (شاترستوك)
تم تصنيع هذه البطاريات من الهلاميات المائية وهي عبارة عن شبكات ثلاثية الأبعاد من البوليمرات التي تتكون من أكثر من 60% من الماء (شاترستوك)

يشكل تطوير الإلكترونيات الناعمة والمرنة حجر الزاوية في تقدم الأجهزة القابلة للارتداء، والروبوتات الناعمة، والأجهزة الطبية الحيوية أو الغرسات داخل الجسم.

قفزة كبيرة في هذا المجال يحققها باحثو جامعة كامبريدج البريطانية من خلال تطوير «بطاريات هلامية» مبتكرة وناعمة وقابلة للتمدد. هذه البطاريات الجديدة، المستوحاة من الأنظمة الكهربائية الطبيعية لثعابين البحر الكهربائية (الأنقليس الرعاد)، وهي أنواع من الأسماك البحرية تتميز بقدرتها على إنتاج صدمات كهربائية لصعق الفريسة.

الإلهام من الطبيعة

يستخدم ثعبان البحر الكهربائي خلايا عضلية معدلة تُعرف باسم الخلايا الكهربائية لتوليد صدمات كهربائية. تحاكي المواد الشبيهة بالهلام التي طورها الفريق هذه الآلية الطبيعية، وذلك باستخدام هيكل متعدد الطبقات يشبه مكعبات الليغو اللزجة. يمكّن هذا التصميم المادة من توصيل تيار كهربائي بكفاءة.

تتميز ثعابين البحر بقدرتها على إنتاج صدمات كهربائية لصعق فريستها (شاترستوك)

قابلية التمدد والتوصيل

إحدى أبرز ميزات هذه البطاريات الهلامية هي قدرتها على التمدد لأكثر من عشرة أضعاف طولها الأصلي دون المساس بالتوصيل الكهربائي. يعد هذا المزيج غير المسبوق من القابلية للتمدد والتوصيل الأول من نوعه في علوم المواد، ويمثل تقدماً تكنولوجياً كبيراً.

يتم تصنيع هذه البطاريات من الهلاميات المائية، وهي عبارة عن شبكات ثلاثية الأبعاد من البوليمرات تتكون من أكثر من 60% من الماء. يتم ربط البوليمرات الموجودة في هذه الهلاميات المائية من خلال تفاعلات عكسية، مما يسمح بالتحكم الدقيق في خواصها الميكانيكية. تعد إمكانية التحكم هذه ضرورية للتطبيقات في مجال الروبوتات الناعمة والإلكترونيات الحيوية، حيث تحتاج المواد إلى محاكاة خصائص الأنسجة البشرية.

ابتكر الباحثون تقنية جديدة واعدة يمكن أن تُحدث ثورة في الأجهزة القابلة للارتداء والروبوتات الناعمة والغرسات الطبية الحيوية (شاترستوك)

التحديات والابتكارات

يطرح إنشاء مادة شديدة التمدد وموصلة للغاية تحديات كبيرة. وأوضح ستيفن أونيل، المؤلف الأول للدراسة من قسم يوسف حميد للكيمياء في كامبريدج إنه «من الصعب تصميم مادة شديدة التمدد وموصلة للغاية؛ لأن هاتين الخاصيتين تتعارضان عادة مع بعضهما البعض».

وللتغلب على ذلك، قام الباحثون بشحن البوليمرات الموجودة في الهلاميات المائية لجعلها موصلة للكهرباء، واستخدموا الأملاح لجعل الهلاميات لزجة. سمح لهم هذا النهج بوضع طبقات من المواد الهلامية، وبالتالي زيادة إمكانات الطاقة. يتم تسهيل الالتصاق القوي بين طبقات الهلاميات المائية عن طريق جزيئات على شكل برميل تعمل مثل الأصفاد الجزيئية. تضمن هذه الروابط القابلة للعكس أن الطبقات تلتصق ببعضها البعض بقوة، وتحافظ على التوصيل الكهربائي حتى عند تمديدها.

بتمويل من مجلس البحوث الأوروبي ومجلس أبحاث العلوم الهندسية والفيزيائية يجسد هذا البحث إمكانية التعاون في تحقيق الابتكارات التقنية (شاترستوك)

التطبيقات المحتملة

إن الطبيعة الناعمة والمرنة لهذه الهلاميات المائية تجعلها واعدة بشكل خاص للأجهزة الحيوية التي تزرع طبياً في الجسم. وقال البروفسور أورين شيرمان، مدير مختبر البوليمرات، إنه «يمكن تخصيص الخواص الميكانيكية للهيدروجيلات بحيث تتطابق مع الأنسجة البشرية». تعني هذه القدرة على التكيف أن غرسات الهيدروجيل أقل عرضة لرفض الجسم أو التسبب في تكوين أنسجة ندبية، مقارنة بالغرسات المعدنية الصلبة.

بالإضافة إلى مرونتها، تظهر الهلاميات المائية صلابة مثيرة للإعجاب. يمكنها تحمل ضغط كبير دون أن تفقد شكلها، وتمتلك قدرات الشفاء الذاتي، مما يعزز ملاءمتها للتطبيقات الطبية.

ويخطط فريق البحث لإجراء تجارب مستقبلية لاختبار هذه الهلاميات المائية في الكائنات الحية لتقييم فاعليتها في سيناريوهات طبية مختلفة. وتمتد إمكانات هذه البطاريات الهلامية إلى ما هو أبعد من التطبيقات الطبية الحيوية لتشمل أي مجال يمكن أن يستفيد من الإلكترونيات المرنة والقابلة للتمدد.


مقالات ذات صلة

«آي بي إم» و«ناسا» تسخّران نماذج الذكاء الاصطناعي لمواجهة التحديات المناخية

خاص تم تحسين هذه النماذج لمحاكاة سيناريوهات المناخ مثل توقع مسارات الأعاصير مما يسهم في تعزيز الاستعداد للكوارث (شاترستوك)

«آي بي إم» و«ناسا» تسخّران نماذج الذكاء الاصطناعي لمواجهة التحديات المناخية

«الشرق الأوسط» تزور مختبرات أبحاث «IBM» في زيوريخ وتطلع على أحدث نماذج الذكاء الاصطناعي لفهم ديناميكيات المناخ والتنبؤ به.

نسيم رمضان (زيوريخ)
يوميات الشرق رماد قش الأرزّ يجعل البطاريات أكثر كفاءة واستدامة (جامعة ميشيغان)

رماد قشّ الأرزّ يُضاعف طاقة البطاريات

اكتشف باحثون أميركيون أنّ رماد قش الأرزّ الناتج عن حرق القشّ الصلب الذي يغلّف حبوبه يحتوي على نوع من الكربون الصلب يمكن أن يضاعف كثافة الطاقة في البطاريات.

«الشرق الأوسط» (القاهرة )
الولايات المتحدة​ رجل الأعمال الأميركي ديفيد ساكس يتحدّث خلال اليوم الأول من المؤتمر الوطني للحزب الجمهوري لعام 2024 في ميلووكي بولاية ويسكونسن الأميركية في 15 يوليو 2024 (أ.ف.ب)

ترمب يختار رجل الأعمال ديفيد ساكس لترؤس «وكالة الذكاء الاصطناعي والعملات الرقمية»

أعلن الرئيس الأميركي المنتخب، دونالد ترمب، أن رجل الأعمال اليميني والمستثمر ديفيد ساكس سيصبح «رئيس وكالة الذكاء الاصطناعي والعملات الرقمية في البيت الأبيض».

«الشرق الأوسط» (واشنطن)
تكنولوجيا إطلاق صاروخ يحمل قمرين اصطناعيين من مركبة الفضاء «بروبا-3» التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية من مركز ساتيش داوان الفضائي في الهند 5 ديسمبر 2024 (أ.ف.ب)

إطلاق قمرين اصطناعيَين أوروبيَين من الهند لدراسة الشمس

أطلقت وكالة الفضاء الأوروبية، اليوم (الخميس)، مهمة «بروبا-3» لدراسة وملاحظة الشمس عن قرب على متن الصاروخ الرئيسي للمنظمة الهندية لأبحاث الفضاء.

«الشرق الأوسط» (نيودلهي)
خاص يمثل تحول الترميز الطبي في السعودية خطوة حاسمة نحو تحسين كفاءة النظام الصحي ودقته (شاترستوك)

خاص ما دور «الترميز الطبي» في تحقيق «رؤية 2030» لنظام صحي مستدام؟

من معالجة اللغة الطبيعية إلى التطبيب عن بُعد، يشكل «الترميز الطبي» عامل تغيير مهماً نحو قطاع طبي متطور ومستدام في السعودية.

نسيم رمضان (لندن)

فائزان بجائزتَي نوبل يؤكدان أهمية تنظيم الذكاء الاصطناعي

صورة تعبّر عن الذكاء الاصطناعي (رويترز)
صورة تعبّر عن الذكاء الاصطناعي (رويترز)
TT

فائزان بجائزتَي نوبل يؤكدان أهمية تنظيم الذكاء الاصطناعي

صورة تعبّر عن الذكاء الاصطناعي (رويترز)
صورة تعبّر عن الذكاء الاصطناعي (رويترز)

شدد الحائزان جائزتَي نوبل الفيزياء جيفري هينتون والكيمياء ديميس هاسابيس اللذان فازا عن اكتشافاتهما المرتبطة بالذكاء الاصطناعي، على ضرورة تنظيم هذه التكنولوجيا بشكل صحيح.

وقال البريطاني ديميس هاسابيس الذي كوفئ لكشفه أسرار البروتينات بالاعتماد على الذكاء الاصطناعي، في مؤتمر صحافي في ستوكهولم، «من المهم وضع قوانين بشكل جيّد». وأضاف إنّ «هذه المسألة هي الأصعب في الوقت الراهن لأن الذكاء الاصطناعي تكنولوجيا تتغيّر بسرعة».

العالم البريطاني ديميس هاسابيس (أ.ف.ب)

ورأى أن «الأمر يتعلق بمعرفة الغرض الذي نريد استخدام هذه الأنظمة من أجله، وكيف نريد نشرها والتأكد من أن البشرية جمعاء تستفيد منها»، مع ضمان عدم قيام الجهات الفاعلة بإعادة استخدام هذه الأدوات لأغراض ضارة.

ودقّ البريطاني الكندي جيفري هينتون مرات عدة ناقوس الخطر بشأن هذه الثورة التكنولوجية. ورأى أنّ أحد أخطار الذكاء الاصطناعي على المدى القصير يتمثل في تطوير أسلحة مستقلة فتاكة.

وأعرب عن أسفه لأن «الحكومات غير راغبة في التنظيم الذاتي عندما يتعلق الأمر بالأسلحة الفتاكة المستقلة، ويجري سباق تسلح بين كبار موردي الأسلحة مثل الولايات المتحدة والصين وروسيا وبريطانيا العظمى وإسرائيل».

ودعا هاسابيس إلى قوانين «سريعة ومرنة» من أجل فهم التطورات التكنولوجية والتكيف معها بسرعة، وقف ما نقلته وكالة الصحافة الفرنسية.