يمكن لاكتشاف المعادن غير القابلة للغرق أن يبني سفنًا أكثر أمانًا ويحصد طاقة الأمواج

علمت العناكب العلماء كيفية صنع معدن غير قابل للغرق

بقلم ديني إليس بيشار حرره اريك سوليفان

ارمِ قطعة نقود في النافورة، وستعرف ماذا سيحدث. وبما أن المعدن أكثر كثافة من الماء، فإنه يغوص – اسأل أي طفل. لكن الأبحاث الجديدة تحدى قرونًا من اليقين.

قام فريق من جامعة روتشستر بحفر أنابيب الألومنيوم بحيث لا تغرق، حتى عند تعرضها للتلف، وهي خدعة استعارها العلماء من العناكب.

وقال تشونلي جو، أستاذ البصريات والفيزياء بجامعة روتشستر وكبير مؤلفي البحث، في بيان صحفي: “يمكنك إحداث ثقوب كبيرة فيها”. “لقد أظهرنا أنه حتى لو ألحقت أضرارًا جسيمة بالأنابيب التي تحتوي على أكبر عدد ممكن من الثقوب، فإنها تظل تطفو.”

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

هناك أشياء كثيرة في حياتنا تطرد الماء، ومن الأمثلة على ذلك زيت الطهي أو سترة المطر أو القفازات المطاطية. يطلق العلماء على هذه الخاصية اسم الكارهة للماء -من الكلمة اليونانية التي تعني “الخوف من الماء”- ولكن سر طفو الأنابيب المعدنية يكمن في ممتازالكارهة للماء.

يستخدم فريق جو أشعة الليزر لنحت وديان مجهرية في الألومنيوم الذي يلتقط الهواء: صورة لنسيج سروال قصير تقلص إلى أن أصبح يتطلب مجهرًا إلكترونيًا لرؤية التلال.

ووفقًا للبيان الصحفي، فإن “الآلية مشابهة لكيفية احتجاز العناكب الجرسية الغواصة لفقاعة الهواء لتبقى طافية تحت الماء”. تعيش العناكب بالكامل تقريبًا تحت الماء ولكنها لا تزال بحاجة إلى التنفس. الحل الذي توصلوا إليه هو حمل إمدادات الأكسجين الخاصة بهم. الشعر الناعم الذي يغطي أجسادهم يحبس فقاعات الهواء على جلدهم.

تحاكي الأنابيب المعدنية تلك الشعيرات الناعمة، وتحبس فقاعات الهواء الخاصة بها. عادة ينتشر الماء على طول الجدران الداخلية ويدفع الهواء إلى الخارج. ولكن عندما تصطدم بالنسيج فائق الكارهة للماء، فإنها ترتد بعيدًا. التوتر السطحي – نفس الخاصية التي تسبب تبلور الماء على غطاء السيارة المشمع – يمنع الماء من دخول الأنبوب. ونتيجة لذلك، يبقى الهواء في الداخل، وتظل الأنابيب طافية.

نُشرت الدراسة في 27 يناير 2026 في مواد وظيفية متقدمة, يعتمد على أعمال Guo السابقة في تصميم معادن غير قابلة للغرق. وفي عام 2019، أظهر مختبره هذا المفهوم باستخدام أقراص محفورة بالليزر، ولكن في المياه المضطربة، انقلبت الأقراص وهرب الهواء.

تحل الأنابيب الجديدة هذه المشكلة من خلال وجود فاصل داخلي في منتصف الأنبوب يساعد في حبس الهواء في غرفة محصورة. وقال قوه في نفس البيان: “حتى لو دفعته عموديًا في الماء، تظل فقاعة الهواء محاصرة بالداخل ويحتفظ الأنبوب بقدرته على الطفو”. وذكر أن الفريق اختبر الأنابيب في ظروف قاسية لأسابيع و”لم يجد أي تدهور في قدرتها على الطفو”.

في الطبيعة، لا تعتبر الكارهة الفائقة للماء خدعة جديدة. تحتوي عيون البعوض على هياكل نانوية طاردة للماء، على سبيل المثال. ويستخدم النمل الناري طلاءه الشمعي المقاوم للماء وهياكله الخارجية لاحتجاز الهواء؛ أثناء الفيضانات، يتشبث الآلاف ببعضهم البعض ليصنعوا أطوافًا حية يمكنها البقاء على قيد الحياة لمدة 12 يومًا وربما لفترة أطول.

أما بالنسبة للبشر، فهذه ليست محاولتنا الأولى لطفو المعدن. في عام 2015، قام الباحثون في جامعة نيويورك بدمج كرات مجوفة من كربيد السيليكون في سبيكة المغنيسيوم لإنشاء مركب مصفوفة معدنية أخف من الماء.

لكن الآثار المترتبة على عمل جو تتجاوز المختبر. يمكن للأنابيب المرتبطة أن تصنع أطوافًا أو سفنًا تحمل الوزن. ربما يقترب المهندسون من حلم السفن التي تظل طافية على قدميها حتى مع تدفق الماء إلى هياكلها. أحد التطبيقات المثيرة للدهشة يتعلق بالطاقة: فقد أثبت فريق جو أن الأطواف المصنوعة من الأنابيب يمكنها جمع الأمواج لتوليد الكهرباء.

يبلغ طول الأنابيب حاليًا ما يقرب من نصف متر، لكن قوه لا يرى أي عائق أمام زيادة حجمها. أصبحت أجهزة الليزر الآن أقوى بسبع مرات مما كانت عليه في عام 2019، عندما حاول غو لأول مرة استخدام أقراص معدنية محفورة بالليزر. وقال في نفس البيان: “يمكن توسيع نطاق التكنولوجيا بسهولة إلى أحجام أكبر”.

حان الوقت للدفاع عن العلم

إذا استمتعت بهذا المقال، أود أن أطلب دعمكم. العلمية الأمريكية لقد عمل كمدافع عن العلوم والصناعة لمدة 180 عامًا، وربما تكون اللحظة الحالية هي اللحظة الأكثر أهمية في تاريخ القرنين.

لقد كنت العلمية الأمريكية مشترك منذ أن كان عمري 12 عامًا، وقد ساعد ذلك في تشكيل الطريقة التي أنظر بها إلى العالم. SciAm يثقفني ويسعدني دائمًا، ويلهمني شعورًا بالرهبة تجاه عالمنا الواسع والجميل. وآمل أن يفعل ذلك بالنسبة لك أيضا.

إذا كنت الاشتراك في العلمية الأمريكيةأنت تساعد في ضمان أن تغطيتنا تركز على البحث والاكتشاف الهادف؛ وأن لدينا الموارد اللازمة للإبلاغ عن القرارات التي تهدد المختبرات في جميع أنحاء الولايات المتحدة؛ وأننا ندعم العلماء الناشئين والعاملين على حد سواء في وقت لا يتم فيه الاعتراف بقيمة العلم نفسه في كثير من الأحيان.

وفي المقابل، تحصل على الأخبار الأساسية، ملفات بودكاست آسرة، ورسوم بيانية رائعة، لا يمكنك تفويت النشرات الإخبارية ومقاطع الفيديو التي يجب مشاهدتها، ألعاب التحدي، وأفضل الكتابة والتقارير في عالم العلوم. يمكنك حتى إهداء شخص ما الاشتراك.

لم يكن هناك وقت أكثر أهمية بالنسبة لنا للوقوف وإظهار أهمية العلم. آمل أن تدعمونا في تلك المهمة.