سفن فضاء المستقبل مصنوعة من ''العظام''

لازالت فكرة صناعة مواد ذات كثافة منخفضة، وخفيفة، وقوية معضلة يعاني منها المهندسون والبنائيون الذين يبحثون عن مواد قوية ومتينة ذات وزن خفيف.

وقام العلماء في ألمانيا عن طريق استخدام طابعة ثلاثية الأبعاد فائقة التكنولوجيا بإنشاء مادة خفيفة الوزن، وقوية جداً مستوحاة من هندسة معمارية مجهرة معقدة من الأنسجة الحية ومن العظام.

وتم نشر نتائج الدراسة فى الأكاديمية الوطنية للعلوم، مما سوف يساعد على تمهيد الطريق لصناعة مواد خفيفة جداً يمكن أن تستخدم في الأجهزة أو لصناعة سفن فضاء أخف وزناً، وبالتالي سوف تكون أرخص.

وقال جينى باور مهندس الميكانيكا بمعهد كارالسروه للتكنولوجيا أن هناك هدف طويل الأمد في مجال الهندسة لخلق مواد أخف وأقوى، والآن أصبح بإمكاننا أن نكتشف كيف يمكن أن نذهب إلى أبعد من ذلك، والفكرة الأفضل هي أن نفعل ذلك كما تفعل الطبيعة.

وعادة ما تكون المواد الصناعية مثل الصلب متينة وبالتالى تكون كثيفة جداً وثقيلة ، وهذه هى المعضلة إذا كنت تريد تصنيع شىء قوى لكن خفيف مثل ( الطائرة ).

وقد تمكن العلماء من صناعة مواد اصطناعية خلوية مثل اسفنج الألومنيوم الملىء بالجيوب الهوائية ، وبالتالى فهو أخف وزناً بكثير من قطع المعدن الصلب الكبير.

وهناك معادلة بين المعدن المسامى الأضعف بكثير من المعادن الصلبة ، كما أنه ليس من السهل أن يتم تصميم مواد قوية أقل كثافة من الماء ( التى تصل إلى حوالى 1000 كجم لكل متر مكعب).

ولايبدو أن الخشب والعظام لديهم هذه المشكلة، حيث أن هذه الأنسجة الحية والمواد الخلوية الطبيعية تكون مسامية لكنها لاتزال قوية جداً، نتيجة للنتيجة التى ترتب بها الجيوب الهوائية فى الإسفنج المعدنى وفقاً لفقاعات الهواء العشوائية.

لذلك يكون فى تكوين الخشب والعظام نظام نمطى معيارى معقد لفتات العظام من خلال كل هذه الجيوب الهوائية التي صممت لتتحمل الأوزان الثقيلة.

كما أن هناك ميزة أخرى للخشب والعظام فى أن تكوينهم الخلوى يبدأ صغير جداً ، وبمقاييس مجهرية مما يسمح لهم بالإستفادة من تأثير الحجم (أى كلما صغرت مواد البناء كلما أصبح المبنى أقوى ) ، ويمكن تشبيه هذه الظاهرة بظاهرة قيام النمل بحمل بحمل أحمال تزن 50 مرة من حجم جسمه.

لذلك قام الباحثون يستخدمون آلة طباعة حجرية ليزر ثلاثية الأبعاد لبناء مجهرية صغيرة من مركب بوليمير السيراميك ، ثم قاموا بعد ذلك بعمل تصميمات مختلفة من الدعم القطرى لهياكل سداسية مثل النحل.

وأشار الباحثون إلى أن مواد البناء هذه صعبة بشكل ملحوظ حيث تجاوزت نسبة تصميم جميع المواد مع كثافة أقل من كثافة المياه.

وأخيراً قال باور أنه لا توجد طريقة جيدة لإنتاج كميات كبيرة من هذه المواد لأن التكنولوجيا لازالت فى ريعان شبابها ، لكن بإمكانها أن تزيد الأمل فى مثل هذه المواد المستوحاة من العظام ، والتى من الممكن أن تساعد فى بناء مبانى خفيفة ذات وزن خفيف بطريقة أسهل .