مادة ذكية جديدة تتحول لأي شكل بخيط واحد.. كيف يمكن ذلك؟

طور فريق من العلماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) مادة مبتكرة مستوحاة من فن الكيريغامي الياباني، قادرة على التحول من شكل شبكي مسطح إلى أي هيكل ثلاثي الأبعاد بمجرد سحب خيط واحد، بحسب الرجل.

وتحمل التقنية الجديدة إمكانات واسعة في مجالات الأجهزة الطبية القابلة للنقل، الروبوتات القابلة للطي، وحتى المستوطنات الفضائية على المريخ.

مادة ذكية مستوحاة من فن الورق الياباني

واعتمد الباحثون على طريقة الكيريغامي، وهي فن تقطيع الورق الياباني، لتطوير مادة تتكون من مربعات متصلة يمكن تحويلها إلى أشكال ثلاثية الأبعاد بسهولة.

بمجرد سحب الخيط المخصص، وتتحرك الشبكة المسطحة لتتشكل وفق التصميم المطلوب، مع الحفاظ على دقة وثبات الشكل الناتج.

الخوارزمية تحول التصميم من 2D إلى 3D، إذ جعل الفريق الخوارزمية تحوّل التصميم الثلاثي الأبعاد الذي يقدمه المستخدم إلى شبكة مسطحة من المربعات.

وتعمل الخوارزمية على تحديد المسار الأمثل للخيط بحيث يتحرك بسلاسة ويقلل الاحتكاك، مما يتيح للمادة التحول بسحب خيط واحد فقط.

كما تعتمد آلية الأوكسيتك، التي تسمح للشكل بالانتفاخ عند التمدد والانكماش عند الضغط.

خوارزمية مبتكرة تحول التصميم المسطح إلى هيكل ثلاثي الأبعاد

وهناك تطبيقات عملية ومبتكرة كثيرة لهذا الابتكار، حيث بعد العديد من عمليات المحاكاة، صمّم الباحثون نماذج حقيقية تشمل أدوات طبية مثل الجبائر وأجهزة تصحيح الوضعية.

واستخدم الباحثون صناديق خشبية مقطوعة بالليزر لتصنيع كرسي بالحجم الطبيعي، وأثبت الكرسي صلابته عند الاستخدام الفعلي، ما يوضح إمكانية تطبيق التقنية على هياكل بشرية الحجم.

وعن تحديات المستقبل وآفاق التطوير، فعلى الرغم من نجاح التجارب الحالية، أشار الفريق إلى وجود تحديات هندسية تتعلق بمقياس أكبر عند تصميم هياكل معمارية ضخمة.

ومع ذلك، فإن سهولة استخدام الخوارزمية وإمكانية تطبيقها بطرق تصنيع مختلفة تجعل الباحثين متحمسين لاستكشاف المزيد، بما في ذلك إنشاء هياكل أصغر وأكبر باستخدام نفس التقنية.