ایده ساخت زره پوشیدنی انعطاف‌پذیر با الهام از بدن خرچنگ‌ها

گرچه جلیقه‌های ضدگلوله تاکنون جان هزاران انسان را نجات داده‌اند اما پوشیدن آن‌ها محدودیت‌هایی نیز در پی دارد. اکنون پژوهشگران با الهام از خرچنگ‌ها درصدد طراحی زره‌های پوشیدنی انعطاف‌پذیر هستند.

تصور کنید که یک زره پوشیدنی برخلاف زره‌های امروزی مانند جلیقه‌های ضدگلوله به همان اندازه که مقاوم است انعطاف‌پذیر نیز باشد، نوعی سپر محافظتی که بیشتر از آب تشکیل شده اما به اندازه‌ای محکم است که می‌تواند جلوی نفوذ مکانیکی را بگیرد.

اکنون تصور کنید که این زره پوشیدنی نه‌تنها مقاوم، بلکه نرم بوده و قابلیت ارتجاعی دارد و به‌راحتی کش می‌آيد. شخصی که این زره را می‌پوشد می‌تواند اعضای بدن خود را با راحتی حرکت دهد مثلا می‌تواند به‌راحتی در آب شنا کند، سینه‌خیز حرکت کند یا از خطر فرار کند. شاید این توصیف بیشتر شبیه لباس ابرقهرمانان داستان‌های تخیلی به نظر برسد، اما درواقع توصیفی از پوشش خارجی خرچنگ‌ها است.

پژوهشگران مؤسسه تکنولوژی ماساچوست (MIT) و هاروارد معتقدند که با الهام از غشای نرمی که مفاصل و قسمت زیرین خرچنگ‌ها را می‌پوشاند می‌توان نوع جدیدی از زره پوشیدنی مقاوم و انعطاف‌پذیر برای انسان‌ها طراحی کرد. این زره پوشیدنی حتی می‌تواند مفاصلی مانند زانوها و آرنج‌ها را نیز پوشش دهد. درواقع غشای خارجی خرچنگ‌ها در قسمت شکم به اندازه‌ی پلاستیک صنعتی، که در ساخت لاستیک خودروها و شلنگ‌های آبیاری استفاده می‌شود، مقاوم است. باید توجه کرد که همین پوشش خرچنگ‌ها باعث شده است این جانور بیش از ۱۰۰ میلیون سال روی زمین دوام بیاورد.

یافته‌های پژوهشگران در آخرین نسخه از ژورنال Acta Materialia به چاپ رسیده است. مینگ گائو، استادیار دپارتمان مهندسی مکانیک در مؤسسه تکنولوژی ماساچوست در مصاحبه با MIT News گفت:

ما فکر می‌کنیم این مطالعه‌ می‌تواند راه را برای ساخت لباس‌های ضدگلوله‌ی انعطاف‌پذیر هموار کند. اگر شما بتوانید با استفاده از چنین موادی یک زره پوشیدنی بسازید، نه‌تنها می‌توانید مفاصل خود را بپوشانید بلکه کاملا احساس راحتی بکنید.

نوع رایج زره‌های پوشیدنی امروزی یعنی جلیقه‌های ضد‌گلوله به‌طور گسترده توسط ماموران و افراد نظامی مورد استفاده قرار می‌گیرد. طبق گزارش مؤسسه‌ی ملی عدالت آمریکا این جلیقه‌ها با متوقف کردن گلوله‌ی تفنگ‌های دستی و اسلحه‌های دیگر باعث نجات جان هزاران انسان شده‌اند. اما استفاده از این جلیقه‌ها چالش‌های خاص خود را به همراه دارد.

در مقاله‌ای که در سال ۲۰۱۷ در واشنگتن‌پست به چاپ رسید، گفته شده بود که ماده‌ی کولار دارای تاریخ انقضا است و پس از ۵ سال کیفیت خود را از دست می‌دهد. گفتنی است کولار ماده‌ای ساخته‌شده از فیبرهای به‌هم‌بافته‌شده‌ی بسیار فشرده بوده که ۵ بار مستحکم‌تر از فولاد است. این ماده دارای کاربردهای نظامی و غیرنظامی زیادی است. از کولار به‌طور گسترده در ساخت جلیقه‌ها و ماسک‌های صورت ضدگلوله، لباس مخصوص موتور‌سواران، پوشش محافظتی قایق‌ها و ناوهای جنگی، در نیروگاه‌های هسته‌ای و بسیاری موارد دیگر استفاده می‌شود.

همچنین پوشیدن جلیقه‌های ضدگلوله با سختی‌هایی نیز همراه است، برای مثال، طبق گزارش مؤسسه ملی عدالت، افسران زن به جلیقه‌های ضدگلوله‌ی بازطراحی‌شده‌ی مخصوصی نیاز دارند.

خرچنگ

از طرف دیگر، برخی مطالعات نشان داده‌ است که پوشیدن جلیقه ضدگلوله می‌تواند تمرکز و دقت تیراندازه‌ی فرد را دچار اختلال کند و هزینه‌ی روانی‌ به پایان رساندن یک مأموریت را افزایش دهد. طبق گزارش مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژيک آمریکا، پوشیدن جلیقه‌ی ضدگلوله به‌طور همزمان باعث فراهم کردن حفاظت از گلوله و افزایش خطر شکست در مأموریت می‌شود. به عبارت دیگر، یک زره پوشیدنی هرچه محافظت بیشتری برای شخص به ارمغان بیاورد، به همان میزان توانایی‌های ویژه‌ی او مانند تحرک و نشانه‌گیری را تحت تاثیر قرار می‌دهد. اما پژوهشگران MIT معتقدند الگوبرداری از غشای محافظتی خرچنگ‌ها می‌تواند به برطرف کردن بسیاری از محدودیت‌های جلیقه‌ها و زره‌های پوشیدنی امروزی کمک کند.

گائو در مصاحبه با MIT News عنوان کرد که ایده‌ی توسعه‌ی یک زره پوشیدنی الهام‌گرفته از پوشش خرچنگ‌ها اولین‌بار هنگام خوردن یک خرچنگ به او دست داد. او متوجه شد که جویدن غشای شفاف قسمت شکم خرچنگ بسیار دشوار است. او می‌گوید برخلاف پوشش استخوان مانند سخت‌پوستان، بافت‌های نرم‌تر این جانوران به‌صورت یک راز باقی مانده است.

اما وقتی پژوهشگران شروع به بررسی دقیق این بافت‌ها کردند به کشف شگفت‌انگیزی دست یافتند. آن‌ها دریافتند که ایجاد برش‌های بزرگ، تاثیری بر قابلیت الاستیک ماده نمی‌گذارد. درواقع استحکام و قابلیت الاستیک این ماده به ساختار منحصربه‌فرد آن برمی‌گردد که از ده‌ها هزار لایه تشکیل شده است و آن را می‌توان با چوب‌های چند‌لایه‌ی فشرده و به‌هم‌چسبیده مقایسه کرد. پژوهشگران در مقاله‌ی خود گزارش کرده‌اند که فیبرهای موجود در داخل لایه‌ها باعث می‌شود ماده هنگامی که تحت تنش قرار می‌گیرد، بتواند انرژی وارد شده را جذب و تضعیف کند و به این ترتیب ماده را نسبت به آسیب مقاوم کند.

پژوهشگران در گزارش خود اضافه می‌کنند:

دانش به‌دست‌آمده از  مطالعه‌ی غشای محافظتی نرم خرچنگ‌های طبیعی می‌تواند راه را برای طراحی مواد مصنوعی نرم، اما مستحکم و مقاوم هموار کنند. موادی که می‌توان از آن‌ها با اطمینان در شرایط دشوار مکانیکی استفاده کرد، مانند تولید زره‌های انسانی پوشیدنی انعطاف‌پذیر که بدون ایجاد محدودیت در حرکت مفاصل و دست‌ها و پاها، باعث حفاظت تمام قسمت‌های بدن می‌شود.

گائو همچنین امیدوار است که مواد مصنوعی تولیدشده که از ساختار غشای خرچنگ‌ها الهام گرفته شده‌اند و استحکام و انعطاف‌پذیری آن را دارند، بتوان در حوزه‌های دیگری مانند مهندسی بافت‌ها و روباتیک نرم استفاده کرد.

منبع sciencealert

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید