استلهام الجيل التالي من المواد فائقة الصلابة من “مضارب” روبيان المانتيس

قد يكون طوله أكثر بقليل من 10 سم، لكن روبيان السرعوف أو جمبري مانتيسMantis shrimp قادر على توجيه لكمةً قوية. فهذه الحيوانات قادرة على الضرب بأطرافها الأمامية التي تشبه الهراوات بسرعة هائلة تصل إلى 23 م/ث وسحق فريستها بقوة رصاصة بندقية. ولكن على الرغم من هذا التأثير الهائل، يمكن لهذه القشريات العتيقة أن توجه الضربة تلو الأخرى، دون أن يلحق بها أي ضرر.
فقد اكتشف علماء المواد من جامعة كاليفورنيا University of California، إيرفاين، أن هذه المضارب يغطيها طلاء جزيئي نانوي فريد من نوعه يمتص الطاقة ويبددها. ويقولون إن هذا الاكتشاف قد يكون له تأثير كبير في صنع مواد تُستخدم في قطاعات السيارات والطيران والرياضة.
قال كبير الباحثين البروفيسور ديفيد كيسيلوس David Kisailus: “فكر في لكم الحائط ألفي مرة بهذه السرعات من دون أن تكسر قبضة يدك…. هذا مذهل، وقد دفعنا إلى التفكير كيف يمكن أن يحدث ذلك”.
استخدم الفريقُ المجاهرَ الإلكترونية النافذة Transmission electron microscopes
(اختصاراً: المجهر TEM) ومجاهر القوة الذرية Atomic force microscopes (اختصارا: المجهر AFM) لفحص البنية النانوية والمواد التي تشكل الطبقة السطحية في المضارب بالمقياس النانوي. ووجدوا أن الجسيمات النانوية مصنوعة من بنية متشابكة من بروتينات عضوية وعديدات السكاريد Polysaccharides، ومن بلورات نانوية من فوسفات الكالسيوم غير العضوي. والبلورات النانوية غير العضوية مصفوفة معاً مثل قطع الليغو، ولكن مع اختلافات صغيرة في اتجاهات الالتحام معا.
وقال كيسيلوس: “لقد ساعدتنا تقنية المجهر TEM عالية الدقة حقاً على فهم هذه الجسيمات، والكيفية التي صممت بها وتفاعلها مع أنواع مختلفة من الإجهاد. وتحت معدلات إجهاد منخفضة نسبياً تنبعج الجزيئات تقريباً مثل حلوى الخطمى ثم تسترد حالتها عندما يزول الإجهاد عنها”.
أما في حالة معدلات الإجهاد العالية؛ فإنها تتصرف على نحو مختلف. “تتصلب الجسيمات وتتكسر على مستوى واجهات البلورات النانوية. عندما تكسر شيئاً ما، فإنك تفتح أسطحاً جديدة تبدد كميات كبيرة من الطاقة”.
يقول الباحثون إنه يمكن تقليد هذه البنية واستخدامها في هندسة جُسيمات مماثلة لإضافة أسطح حماية معززة لاستخدامها في السيارات والطائرات وخوذات الدراجات والدروع الواقية من الرصاص.