قام باحثون من جامعة كولورادو بولدر ومختبر سانديا الوطني بتطوير تقنية ثوريةمادة ماصة للصدمات، وهو تطور رائد يمكن أن يغير سلامة المنتجات التي تتراوح من المعدات الرياضية إلى وسائل النقل.
هذه المادة الماصة للصدمات المصممة حديثًا قادرة على تحمل الصدمات الكبيرة، وقد يتم دمجها قريبًا في معدات كرة القدم وخوذات الدراجات، بل وحتى استخدامها في التعبئة والتغليف لحماية العناصر الحساسة أثناء النقل.
تخيل أن هذه المادة الماصة للصدمات لا يمكنها فقط تخفيف الصدمات، بل يمكنها أيضًا امتصاص المزيد من القوة عن طريق تغيير شكلها، وبالتالي تعمل بشكل أكثر ذكاءً.
هذا بالضبط ما حققه هذا الفريق. نُشر بحثهم بالتفصيل في المجلة الأكاديمية "تكنولوجيا المواد المتقدمة"، حيث استكشفوا كيفية تجاوز أداء مواد الرغوة التقليدية. تتميز مواد الرغوة التقليدية بأداء جيد قبل تعرضها لضغط شديد.
الإسفنج موجود في كل مكان. فهو يدخل في صناعة الوسائد التي نستريح عليها، والخوذات التي نرتديها، والتغليف الذي يضمن سلامة منتجاتنا عند التسوق عبر الإنترنت. مع ذلك، للإسفنج حدوده. فإذا تم ضغطه بشدة، يفقد مرونته وليونته، ويتراجع أداؤه في امتصاص الصدمات تدريجياً.
أجرى باحثون من جامعة كولورادو بولدر ومختبر سانديا الوطني دراسة معمقة حول بنية المواد الماصة للصدمات، واقترحوا تصميمًا لا يقتصر على المادة نفسها فحسب، بل يشمل أيضًا ترتيبها باستخدام خوارزميات حاسوبية. تستطيع هذه المادة الماصة للصدمات امتصاص طاقة تزيد بستة أضعاف تقريبًا عن الرغوة التقليدية، و25% عن التقنيات الرائدة الأخرى.
يكمن السر في الشكل الهندسي للمادة الماصة للصدمات. ويعتمد مبدأ عمل مواد التخميد التقليدية على ضغط جميع الفراغات الصغيرة في الرغوة معًا لامتصاص الطاقة. وقد استخدم الباحثونمادة البولي يوريثان الحرارية المرنةفي مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد، يتم ابتكار هيكل شبكي يشبه خلية النحل ينهار بطريقة مضبوطة عند تعرضه للصدمات، مما يمتص الطاقة بكفاءة أكبر. لكن الفريق يسعى إلى ابتكار حل أكثر شمولية، قادر على التعامل مع أنواع مختلفة من الصدمات بنفس الكفاءة.
ولتحقيق ذلك، بدأوا بتصميم يشبه خلية النحل، ثم أضافوا لاحقًا تعديلات خاصة - عُقد صغيرة تشبه منفاخ الأكورديون. صُممت هذه العُقد للتحكم في كيفية انهيار هيكل خلية النحل تحت تأثير القوة، مما يسمح له بامتصاص الاهتزازات الناتجة عن مختلف الصدمات بسلاسة، سواء كانت سريعة وقوية أو بطيئة وخفيفة.
هذا ليس مجرد أمر نظري. فقد اختبر فريق البحث تصميمهم في المختبر، حيث قاموا بضغط مادتهم المبتكرة الماصة للصدمات تحت آلات قوية لإثبات فعاليتها. والأهم من ذلك، أن هذه المادة المبطنة عالية التقنية يمكن إنتاجها باستخدام طابعات ثلاثية الأبعاد تجارية، مما يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات.
إن تأثير ابتكار هذه المادة الماصة للصدمات هائل. بالنسبة للرياضيين، يعني هذا معدات أكثر أمانًا تقلل من خطر الإصابات الناتجة عن الاصطدام والسقوط. أما بالنسبة لعامة الناس، فيعني هذا أن خوذات الدراجات الهوائية توفر حماية أفضل في الحوادث. وعلى نطاق أوسع، يمكن لهذه التقنية أن تُحسّن كل شيء، بدءًا من حواجز السلامة على الطرق السريعة وصولًا إلى أساليب التغليف التي نستخدمها لنقل البضائع الهشة.
تاريخ النشر: 4 سبتمبر 2024