ابتكر مجموعة من العلماء مادة جديدة غريبة تصبح أكثر صلابة عند ضربها أو تمددها.
ويمكن يومًا ما تصنيع الأجهزة الإلكترونية وأجهزة الاستشعار القابلة للارتداء من مادة تصبح أكثر صلابة عند تعرضها للضرب أو التمدد، وذلك بفضل بحث جديد أجراه فريق من جامعة كاليفورنيا بميرسيد.
وتعتبر «المتانة التكيفية»، كما هو معروف، خاصية مهمة من حيث علم المواد وتعني الحماية من التلف ومقاومة الإجهاد، حتى في البيئات القاسية.
والمادة الجديدة مستوحاة في الواقع من نشا الذرة المستخدم في الطهي، والذي يمكن تقليبه عند إضافة الماء؛ فعلى عكس الرمل الرطب، الذي يتمتع بلزوجة ثابتة سواء كانت مخلوطة أو مثقوبة، يعمل ملاط نشا الذرة مثل السائل عند تحريكه بلطف وكمادة صلبة عند ثقبه بسرعة؛ فعندما تسحق نشا الذرة ببطء، فإن الجزيئات الصغيرة تتنافر مع بعضها البعض، ما يجعلها تتصرف كالسائل. ولكن إذا اصطدمت بالسطح بسرعة، فإنها تتلامس، ما يسبب الاحتكاك وتتصرف مثل المادة الصلبة. وهذا الاختلاف في السلوك يرجع إلى حجم الجزيئات.
وأراد الباحثون معرفة ما إذا كان بإمكانهم الحصول على نفس النتائج من مادة البوليمر.
ولتحقيق ذلك، بدأ الفريق بالبوليمرات المترافقة كبوليمرات ذات خصائص خاصة تساعد المواد على توصيل الكهرباء مع بقائها ناعمة ولينة نسبيًا. إذ يمكن تصنيع هذه المواد من جميع أنواع مجموعات الجزيئات.
وفي هذه الحالة، قاموا بدمج جزيئات طويلة من حمض بولي (2-أكريلاميدو-2-ميثيل بروبانيسولفونيك)، وجزيئات بولي أنيلين قصيرة، وموصل عالي الكفاءة - بولي (3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين) بوليسترين سلفونات (PEDOT:PSS). وقد خلقت هذه التركيبة طبقة مشوهة أو ممتدة عندما تعرضت لتأثيرات سريعة. فكلما كانت التأثيرات أسرع أصبحت المادة أكثر صلابة.
كما أدت إضافة 10 في المائة من PEDOT:PSS إلى تحسين المتانة التكيفية وموصلية المادة. وذلك وفق ما نقل موقع «ساينس إليرت» العلمي.
ووفقًا للباحثين، فإن اختيارهم لاثنين من البوليمرات ذات الشحنة الموجبة واثنين من البوليمرات ذات الشحنة السالبة خلق مادة ذات هياكل صغيرة جدًا مثل كرات اللحم المصغرة، في وعاء متشابك من السباغيتي. فتمتص كرات اللحم هذه الصدمات الناتجة دون أن تتفكك تمامًا ما يحافظ على المادة وموصليتها في مكانها.
وتشير المزيد من التجارب إلى أن إضافة جسيمات نانوية 1.3-بروبانديامين موجبة الشحنة تعمل على تحسين المتانة بشكل أكبر، ما يضعف كرات اللحم قليلاً (وبالتالي يمكن للمادة أن تتلقى ضربات أكبر) بينما يقوي «خيوط السباغيتي» حولها.
كل هذا معقد وتقني للغاية. لكن يجب أن تكون هناك تطبيقات للمادة خارج المختبر إذا كان من الممكن تصنيعها على نطاق واسع.
وفي هذا الاطار، تعتبر أحزمة الساعات الذكية وأجهزة الاستشعار التي يمكن ارتداؤها وأجهزة مراقبة الصحة (القلب والأوعية الدموية أو مستويات الغلوكوز) كلها أمثلة طرحها فريق البحث. وان الأطراف الاصطناعية الإلكترونية الشخصية هي حالة استخدام محتملة أخرى، وقد جربها الباحثون بالفعل.
وفي نهاية المطاف، يمكن طباعة الأطراف الاصطناعية ثلاثية الأبعاد من هذه المادة متعددة الاستخدامات.
وفي المحصلة، فان الأمر تذكير بإمكانية اكتشاف مواد جديدة وتحسين المواد الموجودة؛ وهو أمر يمكن أن يغير مستقبلنا؛ بدءا من الأجهزة التي نستخدمها إلى الملابس التي نرتديها.
ويخلص عالم المواد يو وانغ الى القول «هناك عدد من التطبيقات المحتملة، ونحن متحمسون لرؤية إلى أين ستأخذنا هذه الخاصية الجديدة غير التقليدية».
