ابتكر باحثون في جامعة ولاية نورث كارولاينا هيكلًا واقيًا متشابكًا قادرًا على الالتفاف حول أجهزة إلكترونية أو حمولات لحمايتها. استُلهمت الفكرة من دروع الأرماديلو، وسُمّي الجهاز "وحدة الحماية المتشابكة المورفولوجية" (MIPM) ويُعرف أحيانًا بروب-أرماديلو. يظل الهيكل مرنًا في حالة الاسترخاء، لكنه يستجيب تلقائيًا عند كشف مقياس الشد لتأثير ملامسة أو صدمة، ويمكن ضبط حساسيته لاستجابة أخفّ أو أقوى.
يتكوّن MIPM من ثلاث طبقات متعاونة. الطبقة الخارجية هي الغلاف الظاهر المكوّن من قشور مقسّمة ومنحنية مطبوعة من راتنج ثلاثي الأبعاد. الطبقة الوسطى للحسّ والتحريك تحتوي على أربعة مكونات: إيلاستومر البلورات السائلة (LCE) الذي ينقبض بالحرارة، مقياس شد بوليمري مزروع بأسلاك نانوية من الفضة كمستشعر، شريط كابتون يتوسع بالحرارة، وطبقة رقيقة من نسيج موصل تعمل كموقد حراري. أما الطبقة الداخلية فهي ورق متين مطوي إلى أخاديد يحمل صفًا من القشور المقطعية الصلبة المصنوعة من البوليمر.
تعمل النظام هكذا: عندما يزداد الشد يرسل مقياس الشد إشارة إلى وحدة تحكم فتزوّد الموقد بالطاقة. مع ارتفاع حرارة الموقد ينقبض LCE ويتمدد شريط الكابتون، فينحني الهيكل بحيث يتجه الغلاف الخارجي إلى الخارج وتلتف وحدة MIPM لتكوّن حلقة أو غلافًا واقيًا. أثناء الانحناء تقفل القشور المقطعية في الهيكل الداخلي ببعضها بعضًا، فتزيد الصلابة الداخلية للقفص الحامي. في اختبارات إثبات المبدأ أدى تشغيل المستشعر إلى التحول بنجاح، كما أن إضافة قشور مقطعية زادت من الصلابة والقوة.
أشار الباحث يونغ تشو إلى وجود مقايضة بين مستوى تقسيم الهيكل وخفة وزنه البنيوية، وذكر مثالًا عمليًا بأن عشرة قشور مقطعية كانت قادرة على تحمل نحو عشرة نيوتن. الفريق يرحب بالتعاون ويرغب في متابعة تطوير تقنيات مرنة وواقية مستوحاة من الطبيعة. الدراسة نُشرت في مجلة Science Advances وحصل العمل على دعم من المؤسسة الوطنية للعلوم ووزارة الدفاع.
كلمات صعبة
- قشرة — لوح أو غطاء خارجي صلب أو نصف صلبقشور, قشور مقطعية
- مقياس — جهاز يقيس مقدار الشد أو القوةمقياس الشد
- إيلاستومر — مادة مرنة تتغير بالشكل مع الحرارة
- كابتون — شريط بوليمري مقاوم للحرارة والكيميائيات
- موقد حراري — عنصر ينتج حرارة عند مرور تيار كهربائي
- صلابة — مقاومة المادة للانحناء أو التحطمالصلابة
- تقسيم — طريقة توزيع أجزاء الهيكل إلى وحدات
تلميح: مرّر المؤشر أو ركّز أو اضغط على الكلمات المظلَّلة داخل القصة لرؤية تعريفات سريعة أثناء القراءة أو الاستماع.
أسئلة للمناقشة
- ما التطبيقات العملية الممكنة لوحدة الحماية المتشابكة هذه في الأجهزة الإلكترونية اليومية؟ اذكر أمثلة وأسباب.
- كيف تفسر المقايضة بين مستوى تقسيم الهيكل وخفة وزنه البنيوية؟ وهل تفضل تصميمًا أخف أم أكثر تقسيمًا؟ لماذا؟
- ما فوائد التعاون بين الباحثين والمؤسسات الحكومية أو الصناعية في تطوير تقنيات مرنة وواقية مثل هذه؟
