ابتكار مذهل.. مادة جديدة تتفوق على المعادن والزجاج تنهي عصر البلاستيك!
وتعود أسباب تلوث البلاستيك لأن البوليمرات الاصطناعية التقليدية تتحلل إلى جزيئات بلاستيكية دقيقة، مطلقةً مواد كيميائية ضارة مثل بيسفينول أ (BPA) والفثالات والمواد المسرطنة، استخدم فريق البحث بدائل مستدامة، بقيادة محمد مقصود رحمن، الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية والفضائية بجامعة هيوستن والأستاذ المساعد في علوم المواد والهندسة النانوية بجامعة رايس، السليلوز البكتيري - أحد أكثر البوليمرات الحيوية وفرةً ونقاءً على وجه الأرض - كبديل قابل للتحلل الحيوي وفق موقع ساينس ديلي.
قال سعدي، الباحث الرئيسي للدراسة المنشورة في مجلة Nature Communications، وطالب الدكتوراه في علوم المواد والهندسة النانوية في جامعة رايس: "تضمن نهجنا تطوير مفاعل حيوي دوار يوجه حركة البكتيريا المنتجة للسليلوز، وينظم حركتها أثناء النمو، ويعزز هذا التنظيم بشكل كبير الخصائص الميكانيكية للسليلوز الميكروبي، مما ينتج مادة قوية تضاهي بعض المعادن والزجاج، لكنها في الوقت نفسه مرنة وقابلة للطي وشفافة وصديقة للبيئة".
عادةً ما تتشكل ألياف السليلوز البكتيرية عشوائياً، مما يحد من قوتها الميكانيكية ووظائفها، بفضل تسخير ديناميكيات السوائل المُتحكم بها داخل مفاعلهم الحيوي الجديد، حقق الباحثون محاذاةً موضعيةً لألياف السليلوز النانوية، مما أدى إلى إنتاج صفائح ذات قوة شد تصل إلى 436 ميجا باسكال.
وعلاوة على ذلك، أدى دمج رقائق نانوية من نتريد البورون أثناء عملية التخليق إلى إنتاج مادة هجينة ذات قوة أكبر - حوالي 553 ميجا باسكال - وتحسين الخصائص الحرارية، مما يدل على معدل تبديد الحرارة أسرع بثلاث مرات من عينات التحكم.
"يُمكّن هذا النهج الديناميكي للتخليق الحيوي من إنتاج مواد أقوى ذات وظائف أفضل، وتتيح هذه الطريقة دمجاً سهلاً لمختلف الإضافات النانوية مباشرةً في السليلوز البكتيري، مما يُتيح تخصيص خصائص المواد لتطبيقات مُحددة" وفق السعدي.
ويشير إلى أن عملية التخليق تُشبه في جوهرها تدريب مجموعة بكتيرية مُنظّمة، فبدلاً من جعل البكتيريا تتحرك عشوائياً، نُوجّهها للتحرك في اتجاه مُحدّد، مما يُنظّم إنتاجها للسليلوز بدقة، هذه الحركة المُنظّمة وتعدد استخدامات تقنية التخليق الحيوي تُمكّننا من هندسة كلٍّ من المحاذاة وتعدد الوظائف في آنٍ واحد".
وتحمل هذه العملية القابلة للتطوير والتي تتكون من خطوة واحدة إمكانات كبيرة للعديد من التطبيقات الصناعية، بما في ذلك المواد الهيكلية وحلول الإدارة الحرارية والتعبئة والتغليف والمنسوجات والإلكترونيات الخضراء وأنظمة تخزين الطاقة.
يتميز البحث بأنه متعدد التخصصات فيجمع بين علوم المواد والبيولوجيا والهندسة النانوية، ونتوقع أن تصبح هذه الصفائح السليلوزية البكتيرية القوية ومتعددة الوظائف والصديقة للبيئة منتشرة في كل مكان، لتحل محل البلاستيك في مختلف الصناعات، وتساعد في التخفيف من الضرر البيئي".
جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا
اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:
التعليقات
لا يوجد تعليقات بعد...
أخبار ذات صلة
سكاي نيوز عربية
منذ 13 ساعات
- سكاي نيوز عربية
الكشف عن جدارية تصور المسيح وهو يشفي المرضى في مصر
وقال شريف فتحي وزير السياحة والآثار، في بيان صحفي تلقته وكالة الأنباء الألمانية اليوم الخميس، إن هذا الكشف يعكس ثراء وتنوع الحضارة المصرية العريقة في فترات تاريخية دقيقة ومؤثرة، كما يعزز فهم فترة التحول الديني في مصر، ويبرز التسامح والتنوع الثقافي والديني الذي تميزت به الحضارة المصرية. وأكد على مواصلة الوزارة دعمها الكامل للبعثات الأثرية العاملة بمختلف المحافظات، مشيدا بجهود الفرق المصرية وما تحققه من إنجازات تسهم في تعزيز مكانة مصر على خريطة السياحة الثقافية العالمية. وأكد الدكتور محمد إسماعيل خالد الأمين العام للمجلس الأعلى لل ثار، أهمية الكشف حيث إنه يلقي الضوء على حقبة هامة في تاريخ منطقة واحة الخارجة، وهي بدايات العصر القبطي في مصر، مشيرا إلى أهمية واحات مصر الغربية كمركز للحياة الدينية والاجتماعية في عصور مختلفة. وأوضح أن البعثة كشفت عن بقايا المدينة بالكامل من مبان سكنية تتكون من غرف مبنية من الطوب اللبن ومغطي بعض جدرانها بالملاط، ومناطق خدمية بها أفران للاستخدام اليومي، وعدد من الحواصل من الطوب اللبن وأواني فخارية كبيرة مثبتة في الأرض كانت تستخدم لتخزين الحبوب والطعام، بالإضافة إلى مجموعة من القطع الأثرية المتنوعة ما بين مجموعة من الأوستراكات، وأواني فخارية، ومجموعة من القطع الحجرية والزجاج ومجموعة من الدفنات، فضلا عن جدارية تمثل السيد المسيح يشفي أحد المرضي. وقالت الدكتورة سهام إسماعيل مدير عام آثار الخارجة ورئيس البعثة إنه تم الكشف أيضا عن بقايا كنيستين إحداهما على الطراز البازيليكي من الطوب اللبن بها بقايا أحجار لأساسات توضح أنها كانت تتكون من صالة كبيرة وجناحين يفصل بينهما ثلاثة أعمدة مربعة في كل جهة، أما المنطقة الجنوبية للكنيسة فبها مجموعة من المباني الخدمية. أما الكنيسة الثانية فهي صغيرة الحجم ذات تخطيط مستطيل وحوله بقايا سبع أعمدة خارجية، زينت بعض جدرانها الداخلية بكتابات قبطية، كما عثر بالجهة الغربية منها بقايا مبان خدمية. وأضافت أن أغلب المباني التي تم الكشف عنها بالموقع خلال مواسم أعمال الحفائر السابقة تدل على أنه تم استخدام المنطقة عبر عصور تاريخية متعددة، حيث تم الكشف عن مبان من العصر الروماني تم إعادة استخدامها في الفترة القبطية المبكرة، وكذلك في العصر الإسلامي.
صحيفة الخليج
منذ 14 ساعات
- صحيفة الخليج
أسفلت مستدام من «أعقاب السجائر»
طور باحثون، في مشروع بحثي مشترك بين جامعتي غرناطة الإسبانية وبولونيا الإيطالية، تقنية تعتمد على نفايات أعقاب السجائر كمادة مضافة في تصنيع أرصفة الطرق، في خطوة تهدف إلى معالجة واحدة من أكثر المشكلات البيئية إلحاحاً. وتشير التقديرات إلى إنتاج نحو 9 تريليون عقب سيجارة سنوياً بحلول عام 2025، يُتخلص من غالبيتها في البيئات الطبيعية والمائية بشكل غير سليم، ما يشكل خطراً بيئياً نظراً لبطء تحللها. وطور باحثو جامعة بولونيا حبيبات خاصة من أعقاب السجائر، عبر إزالة الرماد العضوي وسحق باقي المكونات (خاصة ألياف السليلوز وبلاستيك PLA)، وخلطها مع شمع «فيشر-تروبش» كمادة رابطة، ثم معالجتها حرارياً لإنتاج مادة قابلة للدمج في الأسفلت. وبالتعاون مع مختبر هندسة البناء في جامعة غرناطة، جرى اختبار استخدام هذه الحبيبات ضمن خلطة أسفلتية تحتوي على 40% من مواد مُعاد تدويرها. وبينت النتائج أن إضافة ألياف السجائر ساعدت في تحسين مقاومة الطرق للتشقق، وزادت من مرونة الطبقة الأسفلتية. كما أن ذوبان الشمع أثناء الخلط خفض لزوجة البيتومين، ما يقلل من درجة حرارة التصنيع واستهلاك الطاقة، وبالتالي تقليل الانبعاثات.
البوابة العربية للأخبار التقنية
منذ 15 ساعات
- البوابة العربية للأخبار التقنية
قفزة تقنية في عالم المسيّرات.. تطوير طائرة مسيّرة هجينة تجمع بين الطيران والسباحة
نجح مجموعة من الطلاب المبتكرين في جامعة آلبورج في الدنمارك في تطوير نموذج أولي لطائرة مسيّرة هجينة، تتميز بقدرتها الفريدة على الانتقال بسلاسة تامة بين الطيران في الجو والسباحة تحت الماء، ثم العودة إلى التحليق مجددًا دون الحاجة لأي تعديل خارجي أو توقف. وقد جاء هذا الابتكار ضمن مشروع تخرج لنيل درجة البكالوريوس في تخصص الإلكترونيات الصناعية التطبيقية، ويمثل الابتكار خطوة مهمة في مجال الروبوتات المتعددة البيئات. تصميم وهندسة مبتكرة.. مراوح متغيرة الميل: تكمن العبقرية وراء هذه الطائرة المسيّرة الهجينة في استخدامها لمراوح متغيرة الميل (Variable Pitch Propellers)، وتمتاز هذه المراوح بأنها تحتوي على شفرات يمكنها الدوران بزوايا مختلفة، مما يسمح لها بالتكيف الأمثل مع بيئتين مختلفتين تمامًا، وهما: الهواء والماء. فعند الطيران، تُضبط زاوية الشفرات (ميل المروحة) لتوليد تدفق هواء أكبر وتحقيق أقصى قدر من الرفع والدفع، وعند الغوص في الماء تُقلل الزاوية بنحو كبير لتقليل المقاومة وزيادة الكفاءة تحت الماء. وعلاوة على ذلك، تتمتع هذه المراوح بقدرة على توليد قوة دفع عكسية، مما يعزز من قدرة الطائرة على المناورة والتحكم فيها تحت سطح الماء. من الفكرة إلى التنفيذ: أشرف على هذا المشروع الأستاذ المساعد بيتار دوردييفيتش، الذي يقود مجموعة أبحاث الطائرات المسيّرة والروبوتات البحرية في جامعة آلبورج. وبدأ الطلاب، وهم أندريه كوباتشي، وبافل كوالتشيك، وكريستوف سيروكي، وميكولاج دزويغالو – جميعهم يدرسون الإلكترونيات الصناعية التطبيقية – عملهم بإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للطائرة وتصميم نظام المراوح المعقد. ثم صنعوا الأجزاء اللازمة باستخدام تقنيات التصنيع المتقدمة مثل: الطباعة الثلاثية الأبعاد وآلات التحكم الرقمي (CNC) لتصنيع الأجزاء الدقيقة، كما برمج الطلاب الطائرة باستخدام برمجيات مخصصة صُممت خصوصًا لهذا الغرض. أداء استثنائي وانتقال سلس: أظهرت الاختبارات العملية للطائرة قدرتها المذهلة على الانتقال بين الوسطين، فقد شارك الطلاب مقطع فيديو يوضح القدرات الاستثنائية لطائرتهم المسيّرة، إذ يظهر مقطع الفيديو الطائرة وهي تقلع برشاقة من الأرض بجانب حوض ماء كبير، ثم تغوص بسرعة تحت الماء، ثم تتحرك بعد ذلك تحت السطح لبضع ثوانٍ قبل أن تنطلق بقوة خارج الماء لتعود إلى الطيران مرة أخرى، مكررة هذه الحركة المدهشة عدة مرات من زوايا مختلفة. وقد أعرب الطلاب عن دهشتهم من مدى سلاسة انتقال الطائرة من الماء إلى الهواء، وهو ما يؤكد نجاح تصميمهم وتنفيذهم. تطبيقات مستقبلية واعدة: مع أن هذه الطائرة المسيّرة لا تزال نموذجًا أوليًا، لكنها تحمل في طياتها إمكانيات كبيرة لتطبيقات عملية متنوعة في العالم الحقيقي، إذ يرى الطلاب أن هذه الطائرات المسيّرة الهجينة يمكن أن تستخدم في تطبيقات عملية تشمل: التطبيقات العسكرية، وفحص السفن والمنشآت البحرية، والاستكشاف البحري،، والبحث والإنقاذ، إذ يمكن لهذه الطائرات البحث عن المفقودين في كل من الجو والماء بسرعة وفعالية. ويعزز هذا النوع من الطائرات المسيّرة مفهوم المركبات المتعددة الوسائط التي قد تُحدث نقلة نوعية في طرق تنفيذ المهام في البيئات الصعبة. خلفية بحثية: تجدر الإشارة إلى أن هذه ليست المحاولة الأولى لتطوير مسيّرة هجينة تنتقل بين الهواء والماء، فقد سبق أن طوّر باحثون في جامعة روتجرز في نيوجيرسي نموذج أولي مماثل في عام 2015، كما عرض علماء صينيون طائرة مسيّرة هجينة تنتقل بين الهواء والماء في عام 2023. ومع ذلك، يُعدّ النموذج الذي طوره طلاب آلبورغ متميزًا من حيث البساطة والفعالية في الانتقال بين الهواء والماء، كما يبرز التقدم المستمر في هذا المجال ويفتح آفاقًا جديدة لتطوير روبوتات أكثر قدرة وتنوعًا. ولكن ما التطبيقات المحتملة لهذه الطائرة المسيّرة الهجينة؟ تفتح تكنولوجيا الطائرات المسيّرة الهجينة آفاقًا واسعة لتطبيقات متعددة في مجالات مدنية وعسكرية، بفضل قدرتها على التكيّف مع بيئتين مختلفتين بسلاسة، ويشمل ذلك: 1. البحث والإنقاذ: ستكون هذه الطائرات مفيدة جدًا في عمليات البحث والإنقاذ، تخيل سيناريو يوجد فيه شخص مفقود في منطقة ساحلية أو بعد فيضان، هنا يمكن استخدام هذه الطائرة للتحليق بسرعة فوق المنطقة لتغطية مساحة واسعة، ثم الغوص مباشرة في الماء للبحث تحت السطح أو في القنوات المائية، مما يوفر وقتًا ثمينًا ويزيد من فرص العثور على المفقودين في كل من البيئات الجوية والمائية، ويقلل الحاجة إلى فرق إنقاذ متعددة بأنظمة مختلفة. 2. الفحص والمراقبة البيئية: يمكن استخدام هذه الطائرات أيضًا في مجال الفحص والمراقبة البيئية، إذ يمكن استخدامها لمراقبة الشعاب المرجانية، أو البحث عن التلوث النفطي على سطح الماء وتحته، أو تتبع تجمعات الحياة البحرية. كما يمكنها فحص هياكل الجسور أو منصات النفط التي تمتد فوق الماء وتحته، مما يوفر بيانات شاملة دون الحاجة إلى غواصين أو مركبات منفصلة، الأمر الذي سيعزز الكفاءة ويقلل المخاطر البشرية. 3. الاستكشاف العلمي والبحوث البحرية: تتيح هذه التكنولوجيا فرصًا غير مسبوقة للباحثين والعلماء في الاستكشاف العلمي والبحوث البحرية، إذ يمكن استخدامها لدراسة النظم البيئية الساحلية والبحرية، وجمع العينات، وحتى رسم خرائط لقاع البحار الضحلة. فقدرتها على الانتقال بين الهواء والماء تعني أنها تستطيع تصوير المناطق من الأعلى، ثم الغوص لاستكشاف التفاصيل تحت السطح، مما يوفر رؤى أكثر شمولًا. 4. الأمن والمراقبة الساحلية: يمكن استخدام هذه الطائرات في مراقبة الحدود البحرية، والكشف عن الأنشطة غير المشروعة مثل: التهريب، كما يمكن استخدامها في المراقبة المستمرة للموانئ والمناطق الحساسة. ويمكنها أيضًا مطاردة السفن المشبوهة من الجو، ثم الغوص لتتبعها تحت الماء إذا لزم الأمر، مما يجعلها أداة فعالة للغاية في مهام الأمن البحري. 5. الصيانة والفحص تحت الماء: ستكون هذه الطائرات المسيّرة الهجينة مفيدة للغاية في مهام صيانة البنية التحتية والفحص تحت الماء، إذ يمكنها فحص خطوط الأنابيب تحت الماء، أو كابلات الاتصالات البحرية، أو أساسات المنشآت البحرية. كما يمكنها التحليق فوق المنطقة المستهدفة أولًا لتحديد نقطة الدخول المثلى، ثم الغوص لإجراء فحص بصري دقيق أو باستخدام أجهزة استشعار أخرى، مما يقلل من التكاليف والوقت المطلوب للفحص اليدوي.
