يقوم العلماء بتصميم مادة جديدة يمكنها امتصاص وإطلاق كميات هائلة من الطاقة

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 جامعة UMass Amherst وكبير مؤلفي الورقة البحثية: “تخيل رباطًا مطاطيًا”. “تسحبه للخلف ، وعندما تتركه ، يطير عبر الغرفة. تخيل الآن رباطًا مطاطيًا فائقًا. عندما تمدّه إلى ما بعد نقطة معينة ، تقوم بتنشيط طاقة إضافية مخزنة في المادة. وعندما تترك هذا الشريط المطاطي اذهب ، إنها تطير لمسافة ميل “.

هذا افتراضي رابط مطاطي مصنوعة 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 مع مغناطيسات دقيقة مضمنة فيها. تستفيد هذه المادة الجديدة “المرنة المغناطيسية” من خاصية فيزيائية تُعرف باسم أ مرحلة التحول 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 على التغييرات بين الحالات السائلة والصلبة والغازية – يمكن أن يحدث التحول من حالة واحدة الحالة الصلبة إلى آخر. يمكن الاستفادة من تحول الطور الذي يطلق الطاقة كمصدر للطاقة ، ولكن الحصول على طاقة كافية كان دائمًا الجزء الصعب.

“للتضخيم إطلاق الطاقة أو الامتصاص ، عليك هندسة هيكل جديد على المستوى الجزيئي أو حتى المستوى الذري، “يقول كروسبي. ومع ذلك ، يعد هذا أمرًا صعب التنفيذ بل ويصعب القيام به بطريقة يمكن التنبؤ بها. ولكن باستخدام المواد الفوقية ، 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 بينما كان باحثًا ما بعد الدكتوراة في UMass Amherst: “لقد ارتقينا بهذا إلى المستوى التالي”. “من خلال تضمين مغناطيسات صغيرة في المادة المرنة ، يمكننا التحكم في انتقالات الطور لهذه المادة الفوقية. ولأن تحول الطور يمكن التنبؤ به وقابل للتكرار ، يمكننا هندسة المادة الفوقية للقيام بما نريده بالضبط: إما امتصاص الطاقة من تأثير كبير ، أو إطلاق كميات كبيرة من الطاقة لحركة المتفجرات “.

هذا البحث ، الذي تم دعمه من قبل مختبر أبحاث الجيش الأمريكي ومكتب أبحاث الجيش الأمريكي وكذلك معهد هاربين للتكنولوجيا ، شنتشن (HITSZ) ، له تطبيقات في أي سيناريو حيث تكون هناك حاجة إلى تأثيرات عالية القوة أو استجابات سريعة البرق.