في مختبر هادئ، يواجه المعدن الماء بطريقة كانت تبدو مستحيلة في السابق. تخيل هيكل سفينة تلامسه الأمواج ولكن لا يسمح لأي قطرة بأن تأخذ وزنه. تخيل الدفع المضطرب للمحيط الذي يشغل الأجهزة التي تطفو فوقه، ليس عن طريق الحظ ولكن عن التصميم. هذه الرؤى - والآن التجارب الأولية - تنسج العلم والبحر في شيء جديد.
في قلب هذا التقدم فكرة بسيطة بشكل خادع: يمكن هندسة الأسطح لتتصرف كما لو كانت تخاف من الماء. لقد درس العلماء لفترة طويلة خاصية الكارهة للماء، وهي خاصية موجودة في الطبيعة على أوراق اللوتس واللافقاريات، حيث تتجمع قطرات الماء وتدحرج كما لو كانت مدفوعة بقوى خفية. الآن، قام الباحثون في جامعة روتشستر بنقش أنابيب الألمنيوم العادية بحفر ميكروسكوبية تجعلها مقاومة للماء بشكل عميق، مما يؤدي إلى تحول دقيق ولكنه قوي.
تبدأ العملية ليس بمواد دراماتيكية ولكن بتفاصيل تشريحية دقيقة للسطح. باستخدام النقش الكيميائي أو نسيج الليزر، يتم إعطاء الجزء الداخلي من أنبوب الألمنيوم خشونة دقيقة على مقاييس الميكرو والنانو. تلك السطح المنقوش يحتجز طبقة من الهواء بشكل موثوق لدرجة أنه عندما يتلامس الأنبوب مع الماء، لا يمكن للسائل أن يخترق. يحتفظ التوتر السطحي بالهواء في مكانه مثل وسادة، وتبتعد قطرات الماء كما لو كانت غير مرحب بها.
هذا هو ما يجعل الأنابيب فائقة الكارهة للماء: إنها تحتفظ بالهواء المحتجز وتقاوم أن تصبح مشبعة بالماء حتى تحت الضغط. في الاختبارات، حافظت هذه الأنابيب على الطفو عندما كانت مغمورة بالكامل، وعندما تعرضت لضغط الماء الخشن، ومن المدهش، حتى عندما تم ثقبها بعدة ثقوب. لا يعتمد الطفو على غرفة محكمة الإغلاق ولكن على فيزياء مقاومة الماء والهواء المحتجز.
إنها إعادة كتابة لطيفة لمبدأ مألوف. بدلاً من إغلاق المقصورات وإضافة رغوة الطفو، استغل المهندسون ميزات سطحية صغيرة تعيد تشكيل كيفية تفاعل الماء والمعدن. تعكس هذه الأنابيب استراتيجيات تُرى في الطبيعة - العناكب الغاطسة التي تحمل فقاعات تحت الماء، أو النمل الناري الذي يربط أجسامه المقاومة للماء في طوف عائم - مما يشير إلى أن الحكمة المستمدة من العالم الطبيعي يمكن أن تُعلم الهندسة البشرية.
نظرًا لأن الهواء المحتجز يبقى مستقرًا، حتى عندما يُجبر الأنبوب على الغوص عميقًا تحت السطح أو يتعرض للتلف على طوله، فإن الأنابيب تقاوم الغرق. إذا تم ربط عدة أنابيب معًا، ستحصل على هيكل يشبه الطوف يتم التحكم في طفوها أقل بواسطة الأختام المائية وأكثر بواسطة الكيمياء السطحية لكل عضو.
توجد تطبيقات مثيرة للاهتمام حيث يلتقي الفولاذ مع المد - المحيط نفسه. في تجارب محكومة، أظهرت مجموعات من الأنابيب فائقة الكارهة للماء إمكانياتها في جمع طاقة الأمواج. مع مرور الأمواج، تتحرك الأنابيب العائمة، ومن خلال أنظمة ميكانيكية أو كهربائية متكاملة، يمكن تحويل تلك الحركة إلى كهرباء. هذه الآفاق ليست حلمًا بعيدًا ولكنها إثبات مبكر للمفهوم يستند إلى كل من علوم المواد ورؤى الطاقة المتجددة.
لا تزال هناك أسئلة - كيف ستصمد هذه الهياكل على المدى الطويل في مياه البحر المسببة للتآكل، كيف قد تؤثر التلوث البيولوجي على سلوك سطحها، ما هو حجم التصنيع العملي - ولكن الإجابات الأولى هي بالفعل منارات لطيفة تشير إلى الأمام. هذه هي علوم المواد التي تستمع إلى الطبيعة، وفي هذه العملية، تتعلم تشكيل الماء نفسه.
في تجارب حديثة نشرت في مواد وظيفية متقدمة، أظهر فريق البحث أن أنابيب الألمنيوم فائقة الكارهة للماء يمكن أن تحافظ على الطفو حتى عند تلفها واستخدامها في مجموعات تظهر وعدًا لجمع طاقة الأمواج. تؤكد الاختبارات مع أطوال أنابيب متعددة وتكوينات مرتبطة الإمكانيات العملية للسفن العائمة المقاومة وأنظمة الطاقة. يستمر التطوير نحو تطبيقات أكبر وتقييمات المتانة في البيئات البحرية الواقعية.
تنبيه صورة الذكاء الاصطناعي الصور تم إنشاؤها باستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي وليست صورًا حقيقية.
المصادر مركز أخبار جامعة روتشستر ساينتيفيك أمريكان عالم البحث والتطوير ساينس ديلي دونغ أ ساينس
نُشر بواسطة Banx Network. هذا المقال جزء من برنامج الوسائط اللامركزية من Banx، مدعومًا برمز BXE على شبكة XRP Ledger.
