صناعة

هذه القابضون التي تعمل بالضوء مستوحاة من Geckos

هذه القابضون التي تعمل بالضوء مستوحاة من Geckos


فريق صغير من الباحثين من جامعة كيلطورت شركة y في ألمانيا مؤخرًا مادة تستمد قبضتها من الضوء. تعتمد هذه التقنية على القابض التي تعمل بالضوء والتي يتم تنشيطها ببساطة عن طريق تسليط ضوء الأشعة فوق البنفسجية على مادة لاصقة جديدة. يعمل الباحثون على تطوير جهاز يحاكي الطريقة التي ينطلق بها الأبراص بسلاسة عبر الأسطح غير المستقرة في أي اتجاه تقريبًا.

كيف تحصل الأبراص على قبضة

في حين أن العديد من المخلوقات قد تفضل الأيدي الحاذقة أو المخالب الطويلة للحصول على قبضة ، فإن الأبراص تستخدم نهجًا مختلفًا تمامًا. لا يستخدمون أكواب شفط إفراز لزجة أو خطافات صغيرة. بدلاً من ذلك ، تستخدم الأبراص مجموعة دقيقة ومضغوطة بشكل مذهل من الشعر المجهري. يمنحهم الشعر قبضتهم الرائعة التي تمكنهم من تسلق الجدران والسهام عبر الأسقف بأي زاوية تقريبًا على كل سطح تقريبًا. هم بلا شك المتسلقون النهائيون.

[مصدر الصورة:ويكيبيديا]

مع عدم بذل أي جهد على ما يبدو ، يمكن أن يهرع أبو بريص عبر لوح زجاجي رأسيًا ويعلق رأسًا على عقب على ما يبدو أنه مجرد مادة تقريبًا. يعود سر قبضتهم اللاصقة غير المسبوقة إلى حزمة الشعرات المجهرية التي تمتد من كل قدم من أقدامهم الأربعة. في حين أنه قد يبدو واضحًا أن الشعيرات تلتصق بالعيوب المجهرية على طول الأسطح التي تتسلقها ، فهي بالتأكيد ليست القوة الوحيدة التي تلعب دورًا. كما أن مساعدتهم في مساعيهم على التوسع هو سبب مفاجئقوات فان دير فال.

قوى فان دير فال مسؤولة عن تجميع مجموعات الذرات والجزيئات. على عكس الترابط التساهمي والأيوني الذي يربط الذرات معًا ، تعمل قوى فان دير فالس على ملايين الذرات والجزيئات لتجميعها معًا كمجموعة ، مثل جزيئات الماء.

أبو بريص ودير فالس

تحدد الإلكترونات قطبية الجزيء. ومع ذلك ، فهم يتحركون أيضًا بسرعة مذهلة مما قد يغير لحظيًا قطبية ذرة أو جزيء. يمنح التحول اللحظي جزيء ما يكفي من الوقت للارتباط بآخر. مثل علميصف.

تأتي هذه القوة من التقلبات في توزيع الشحنة بين الجزيئات المجاورة ، والتي لا يلزم أن تكون قطبية ؛ تقلبات الشحن الخاصة بهم تقع بشكل طبيعي في التزامن ، مما يخلق قوة جذابة.

إنها قوة ضعيفة للغاية من السهل كسرها. هذا ما لم يكن لديك ملايين الشعرات لاستخدامها.

يقول بي أليكس غريني ، أستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة ولاية أوريغون في كورفاليس: "إن قوى فان دير فالس هي أضعف نوع من القوى بين الذرية لدينا". "إنه لأمر مدهش أن الأبراص قادرة على استخدام هذه القوة الضعيفة حقًا."

إذن ما الذي يحدث حقًا؟

يقوم العلماء باستمرار بتبديل معتقداتهم وخبراتهم حول كيفية السيطرة على أقدام الأبراص. يستخدم كل نوع على حدة تقنيات مختلفة لتحسين وتكييف أسلوب التسلق الخاص بهم وفقًا للبيئة والمواد التي يتعين عليهم تسلقها. الشعر والقدمين معقدة بين850 نوعا معروفا من الوزغة. بطبيعة الحال ، هناك الكثير لنتعلمه ، لكن العلماء يشحذون التقنيات التي يستخدمونها.

حاليًا ، من المفهوم جيدًا أن ملايين الشعرات المجهرية المعروفة باسمسيتاي تتفرع لتشكل مليارات من نقاط الاتصال الصغيرة تسمى ملاعق. تزيد الفروع بشكل كبير من مقدار الاتصال ، مما يخلق قدرًا هائلاً من قوى فان دير فال ، وأخيراً يمنح الأبراص قبضته الشهيرة.

تقليد الطبيعة

بطبيعة الحال ، كما هو الحال مع العديد من عجائب الطبيعة ، حاول العلماء محاكاة نفس التأثيرات مع المواد الاصطناعية. أسفر افتتان العلماء بتكرار قبضة الوزغة عن بعض النتائج الواعدة. ومع ذلك ، تتطلب معظم التقنيات حرارة أو كهرباء لتنشيط الالتصاق وإلغاء تنشيطه. من السهل تصميم مادة تلتصق. ومع ذلك ، فإن هندسة قبضة يمكن إيقافها وتشغيلها عن طيب خاطر هي وحش مختلف تمامًا. على الرغم من التحدي المتصاعد ، يقترب العلماء من القابضون الماهرون باستخدامهم الجديد لمواد قبضة الوزغة التي تعمل بالضوء.

أبو حزم رحمه الله يفعل ذلك ، فلماذا لا نستطيع

يمشي الأبراص عبر كل سطح كما لو كان الأرض. لذا إذا تم تثبيتها في مكانها بإحكام شديد من قبل قوات فان دير فال ، فكيف يمكنهم المشي بهذه السهولة؟ مفتاح فكها هو شعر أصابع القدم المائل والمجهري. تساعد زوايا معينة في تثبيت الوزغة على السطح.

وفقًا لدراسة نُشرت في عام 2014 ، يمكن لبعض الأبراص تعديل زوايا الشعر بشكل طفيف جدًا ، مما يجعل فصله أسهل بكثير. تم الاكتشاف في عام 2014 ، لذلك لم يتم استخدام هذه التقنية إلا مؤخرًا في الإصدارات الاصطناعية.

تؤدي زيادة آلية الفصل المحملة بالزنبرك إلى إطلاقها مرة أخرى في الحركة. الاكتشاف كبير ، والآن يستخدم العلماء المعلومات لإتقان تقنية الوزغة الخاصة بهم.

تركيب القابضين المشغولين

بطبيعة الحال ، كما هو الحال مع العديد من عجائب الطبيعة ، يحاول العلماء محاكاة نفس التأثيرات مع المواد الاصطناعية. أسفر سحر تكرار قبضة الوزغة عن بعض النتائج الواعدة في المجتمع العلمي. ومع ذلك ، فإن معظم التقنيات تتطلب حرارة أو كهرباء لتنشيط الالتصاق وإلغاء تنشيطه. الآن ، يقترب العلماء من القابضين الماهرين باستخدامهم الجديد لمواد قبضة الوزغة التي تعمل بالضوء.

قام فريق بقيادة Emre Kizilkan في جامعة Kiel بتطوير مادة لاصقة مستوحاة بيولوجيًا يمكن التحكم فيها عن بُعد باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية. طور الفريق أولاً ملف مادة مرنة مسامية(LCE ، المطاط الصناعي البلوري السائل) الذي ينحني في وجود ضوء الأشعة فوق البنفسجية. تم بعد ذلك دمج LCE مع مركب لاصق لصنع مادة مركبة يمكنها التحكم في قبضتها بقليل من ضوء الأشعة فوق البنفسجية.

انحناء المواد المركبة تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية[مصدر الصورة: جامعة كيل]

باستخدام طريقتهم المطورة حديثًا ، يمكن للفريق التحكم بدقة في المادة المركبة لالتقاط وتحريك شريحة زجاجية صغيرة. أدى تفعيل المادة بالضوء إلى تمكين الفريق من التقاط الزجاج برفق ووضعه دون ترك أي بقايا.

"ميزة الضوء أنه يمكن استخدامه بدقة شديدة. إنه قابل للعكس ، لذا يمكن تشغيله وإيقافه مرة أخرى ، وبسرعة كبيرة ، "كما يقول إمري كيزيلكان من مجموعة أبحاث علم التشكل الوظيفي والميكانيكا الحيوية تحت إشراف البروفيسور ستانيسلاف جورب في معهد علم الحيوان.

صورة مقربة لمواد لاصقة مع ركيزة LCE[مصدر الصورة: جامعة كيل]

السيطرة على المستقبل

يأمل الباحثون أن يتم استخدام موادهم المركبة اللاصقة الذكية لتحسين التقنيات الطبية والإجراءات الأخرى التي تتطلب نقل الأشياء في النطاق الصغير. أو ، كما قد يأمل الكثيرون ، يمكن استخدامه لصنع قفازات سبايدرمان النهائية. التطبيقات لا حصر لها.

"تمكنا من إثبات أنه يمكن استخدام موادنا الجديدة لنقل الأشياء. علاوة على ذلك ، أوضحنا أنه يمكن التحكم في النقل بدقة شديدة باستخدام الضوء - على المستوى الجزئي ، "يوضح كيزيلكان. يضيف غورب: "نستخدم الضوء كجهاز تحكم عن بعد ، إذا جاز التعبير. لا تترك موادنا اللاصقة المستوحاة من الأحياء أي بقايا على الأشياء أيضًا."

التكنولوجيا مثيرة للإعجاب ، ومع ذلك ، فإنها لا تزال تثبت أن الطبيعة تظل أم كل الهندسة.

راجع أيضًا: الباحثون يطورون روبوتًا جويًا ثوريًا مستوحى من الخفافيش

بقلم مافريك بيكر


شاهد الفيديو: CHOMPED by a GECKO!