أطلق باحثون من جامعة كولورادو بولدر ومختبر سانديا الوطني في الولايات المتحدة مشروعًا ثوريًامادة ماصة للصدمات، وهو تطور رائد يمكن أن يغير سلامة المنتجات من المعدات الرياضية إلى وسائل النقل.
يمكن لهذه المادة الماصة للصدمات المصممة حديثًا أن تتحمل 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 الصدمة، بل يمكنها أيضًا امتصاص المزيد من القوة عن طريق تغيير شكلها، وبالتالي تلعب دورًا أكثر ذكاءً.
هذا بالضبط ما حققه هذا الفريق. نُشر بحثهم بالتفصيل في المجلة الأكاديمية "تكنولوجيا المواد المتقدمة"، حيث استكشفوا كيف يمكننا تجاوز أداءمواد الرغوة التقليديةتؤدي مواد الرغوة التقليدية أداءً جيدًا قبل الضغط عليها بشدة.
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، مستخدمين خوارزميات حاسوبية لاقتراح تصميم لا يقتصر على المادة نفسها فحسب، بل يشمل أيضاً ترتيبها. تستطيع هذه المادة الماصة للصدمات امتصاص طاقة تفوق ستة أضعاف الطاقة التي تمتصها الرغوة التقليدية، و25% طاقة تفوق 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 الباحثونمطاط البولي يوريثان الحراريتُستخدم مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء هيكل شبكي يشبه خلية النحل، ينهار بطريقة مُتحكَّم بها عند تعرضه للصدمات، مما يُحسِّن امتصاص الطاقة. لكن الفريق يسعى إلى ابتكار حلٍّ أكثر شمولية، قادر على التعامل مع أنواع مختلفة من الصدمات بنفس الكفاءة.
ولتحقيق ذلك، بدأوا بتصميم على شكل خلية نحل، ثم أضافوا تعديلات خاصة - انحناءات صغيرة تشبه انحناءات صندوق الأكورديون. تهدف هذه الانحناءات إلى التحكم في كيفية انهيار هيكل خلية النحل تحت تأثير القوة، مما يُمكّنه من امتصاص 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، وضغطوا 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: 14 مارس 2024