أعلن فريق من الباحثين من جامعة ماساتشوستس أمهيرست مؤخرًا في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم أنهم صمموا مادة صلبة جديدة شبيهة بالمطاط لها صفات مدهشة. يمكنه امتصاص وإطلاق كميات كبيرة جدًا من الطاقة. وهو قابل للبرمجة. مجتمعة ، تحمل هذه المادة الجديدة وعدًا كبيرًا لمجموعة واسعة جدًا من التطبيقات ، بدءًا من تمكين الروبوتات من الحصول على مزيد من القوة دون استخدام طاقة إضافية ، إلى الخوذات الجديدة والمواد الواقية التي يمكنها تبديد الطاقة بسرعة أكبر.
يقول ألفريد كروسبي ، أستاذ علوم البوليمرات والهندسة في UMass Amherst وكبير مؤلفي الورقة البحثية: “تخيل رباطًا مطاطيًا”. “تسحبه للخلف ، وعندما تتركه ، يطير عبر الغرفة. تخيل الآن رباطًا مطاطيًا فائقًا. عندما تمدها إلى ما بعد نقطة معينة ، فإنك تنشط طاقة إضافية مخزنة في المادة. عندما تترك هذا الشريط المطاطي يذهب ، فإنه يطير لمسافة ميل “.
يتكون هذا الشريط المطاطي الافتراضي من مادة خارقة جديدة – وهي مادة تمت هندستها لتكون لها خاصية غير موجودة في المواد التي تحدث بشكل طبيعي – والتي تجمع بين مادة مرنة شبيهة بالمطاط ومغناطيسات دقيقة مضمنة فيها. تستفيد هذه المادة الجديدة “المغناطيسية المرنة” هذه من خاصية فيزيائية تُعرف باسم انزياح الطور لتضخيم كمية الطاقة التي يمكن للمادة أن تطلقها أو تمتصها.
يحدث تحول الطور عندما تنتقل مادة من حالة إلى أخرى: فكر في تحول الماء إلى بخار أو تصلب الخرسانة السائلة إلى رصيف. عندما تتغير مادة ما في طورها ، يتم إطلاق أو امتصاص الطاقة. ولا تقتصر تحولات الطور فقط على التغييرات بين الحالات السائلة والصلبة والغازية – يمكن أن يحدث التحول من مرحلة صلبة إلى أخرى. يمكن الاستفادة من تحول الطور الذي يطلق الطاقة كمصدر للطاقة ، ولكن الحصول على طاقة كافية كان دائمًا الجزء الصعب.
يقول كروسبي: “لتضخيم إطلاق الطاقة أو امتصاصها ، عليك تصميم بنية جديدة على المستوى الجزيئي أو حتى الذري”. ومع ذلك ، فإن هذا يمثل تحديًا بل وأكثر صعوبة في القيام به بطريقة يمكن التنبؤ بها. ولكن باستخدام المواد الخارقة ، يقول كروسبي: “لقد تغلبنا على هذه التحديات ، ولم نصنع مواد جديدة فحسب ، بل طورنا أيضًا خوارزميات التصميم التي تسمح ببرمجة هذه المواد باستجابات محددة ، مما يجعلها قابلة للتنبؤ”.
استلهم الفريق من بعض الاستجابات السريعة التي تظهر في الطبيعة : الإغلاق المفاجئ لمصائد فينوس ونمل الفك. يقول Xudong Liang ، المؤلف الرئيسي للورقة البحثية ، والأستاذ حاليًا في معهد Harbin للتكنولوجيا ، Shenzhen (HITSZ) في الصين ، والذي أكمل هذا البحث أثناء كونه باحثًا ما بعد الدكتوراه في UMass Amherst: “لقد نقلنا هذا إلى المستوى التالي”. “من خلال دمج مغناطيسات صغيرة في المادة المرنة ، يمكننا التحكم في انتقالات الطور لهذه المادة الفوقية. ولأن تحول الطور يمكن التنبؤ به وقابل للتكرار ، يمكننا هندسة المادة الخارقة للقيام بما نريده بالضبط: إما امتصاص الطاقة من تأثير كبير ، أو إطلاق كميات كبيرة من الطاقة للحركة المتفجرة “.
