«سوبر جيلي».. تمهد لإنتاج غضاريف بشرية و«روبوتات لينة»| فيديو

سوبر جيلي أو مادة الهلام الفائق
سوبر جيلي أو مادة الهلام الفائق

مادة ثورية جديدة، يطلق عليها «سوبر جيلي» أو الهلام الفائق، يمكن أن تنجو من دهس سيارة دون أن تتأثر، خاصة وأنه يدخل الماء في تركيبها بنسبة 80 %، بما يمهد الطريق لصناعة روبوتات مرنة أكثر تحملا للصدمات، وفقا لما قال الباحثون.

وقال مطورو جامعة كامبريدج، إن "الهيدروجيل الشبيه بالزجاج"، قد يبدو ويشعر وكأنه هلام اسفنجي، ولكن عند ضغطه يعمل مثل الزجاج المضاد للكسر، موضحين أن تلك المادة يتم تشكيلها باستخدام شبكة من البوليمرات مرتبطة ببعضها البعض من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية العكسية التي يمكن تصميمها للتحكم في الخواص الميكانيكية للجيل.

ولكن هذه المرة، فقد نجح الباحثون، وللمرة الأولى، في تطوير وإنتاج مادة ناعمة، قادرة على مقاومة كبيرة لقوى الانضغاط، وهي مادة «الهلام الفائق»، التي يمكن أن تدخل في العديد من الصناعات والتطبيقات المختلفة، مثل استخدامها لبناء الروبوتات اللينة، والإلكترونيات الحيوية، وحتى استبدال الغضروف التالف بالجسم البشري.

وأوضح فريق العلماء أنه استخدم بالفعل مادتهم الجديدة، لإنشاء مستشعر ضغط هيدروجيل، والذي يمكنه مراقبة الأشخاص أثناء المشي والوقوف، والقفز، عند وضعه تحت الأقدام.

والهلاميات المائية، عبارة عن شبكات ثلاثية الأبعاد من البوليمرات "المحبة للماء"، والتي تنتفخ في الماء، ويمكن أن تحتوي على كمية كبيرة من السائل مع الحفاظ على بنيتها.

وقد جعلت الصلابة، مع قدرات الشفاء الذاتي للهلاميات المائية، موضوعًا شائعًا للبحث في السنوات الأخيرة، وقد ثبت أن صنع تلك المادة التي تتحمل الضغط دون أن يتم سحقها، كان يمثل تحديًا كبيرًا.

وقال مؤلف البحث وعالم كيميائي البوليمرات الاصطناعية في جامعة كامبريدج زيهوان هوانج: "من أجل صنع المواد ذات الخصائص الميكانيكية التي نريدها، نستخدم الروابط المتقاطعة، حيث يتم ربط جزيئين من خلال رابطة كيميائية".

وأضاف: "نحن نستخدم روابط متقاطعة قابلة للانعكاس لصنع الهلاميات المائية الناعمة والمطاطة، ولكن صنع هيدروجيل صلب، وقابل للضغط، أمر صعب، وتصميم مادة بهذه الخصائص كان أمر غير منطقي تمامًا."

وأوضح قائلا: "يكمن مفتاح الهلام الفائق في جزيئات على شكل برميل تسمى cucurbiturils ، وهي جزيئات متشابكة يمكنها الاحتفاظ بجزيئين ضيفين في تجويفها بطريقة يقارنها الباحثون بالأصفاد."

ونتابع: "من خلال اختيار جزيئات الضيف التي تفضل البقاء داخل هذه الأصفاد لفترة أطول من المعتاد، تمكن الفريق من الحفاظ على شبكة البوليمر مرتبطة بإحكام، وتمكينها من تحمل كميات كبيرة من الضغط”.

من جهته قال مؤلف الورقة وعالم الكيمياء البوليمر أورين شيرمان من جامعة كامبريدج أيضًا: "عند نسبة 80 % من محتوى الماء، قد تعتقد أنه سينفجر مثل بالون مائي، لكنه لا ينفجر.. فهو يظل سليمًا ويتحمل قوى الضغط الهائلة".

وأضاف المؤلف المشارك في الورقة Jade McCune: "الطريقة التي يمكن أن يتحمل بها الهيدروجيل الضغط كانت مفاجئة، ولم تكن مثل أي شيء رأيناه في الهلاميات المائية، فقد وجدنا أيضًا أنه يمكن التحكم بسهولة في مقاومة الانضغاط من خلال تغيير التركيب الكيميائي لجزيء الضيف داخل الكبل".

وقال البروفيسور شيرمان: "لقد أمضى الناس سنوات في صنع الهلاميات المائية الشبيهة بالمطاط، لكن هذا مجرد نصف الصورة فقط ، ولقد أعدنا النظر في فيزياء البوليمر التقليدية، وأنشأنا فئة جديدة من المواد التي تغطي مجموعة كاملة من خصائص المواد من الشبيهة بالمطاط إلى الشبيهة بالزجاج، لإكمال الصورة والحصول على تلك النتيجة الرائعة."

وأضاف الدكتور هوانغ: "على حد علمنا، هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها صنع الهلاميات المائية الشبيهة بالزجاج".

يذكر أن نتائج الدراسة، نُشرت في مجلة Nature Materials، العلمية.

 

 

 
 
 

احمد جلال

محمد البهنساوي