جلد صناعي مستوحى من الأخطبوط يكشف عن «الموناليزا» المخفية بالحرارة، يمهد الطريق للتمويه المتطور

الولايات المتحدة - وكالة أنباء إخباري

جلد صناعي مستوحى من الأخطبوط يكشف عن «الموناليزا» المخفية بالحرارة، يمهد الطريق للتمويه المتطور

لقد قربنا اختراق رائد في علم المواد خطوة نحو التمويه التكيفي في العالم الحقيقي، وهي قدرة لوحظت منذ فترة طويلة في أكثر الكائنات غموضاً في الطبيعة. كشف باحثون في جامعة بنسلفانيا عن جلد ذكي صناعي جديد «رباعي الأبعاد»، وهو مادة هيدروجيل قادرة على ترميز وكشف الصور المخفية استجابةً للتغيرات البيئية الطفيفة. يمكن لهذه المادة المبتكرة، المستوحاة مباشرة من قدرات الأخطبوط المذهلة على تغيير الشكل ورأسيات الأرجل الأخرى، أن تُحدث ثورة في مجالات تتراوح من الدفاع العسكري إلى العروض الفنية الديناميكية.

يكمن جوهر هذا الاختراع الرائع في هيدروجيل متخصص، مطبوع ثلاثي الأبعاد ليكون بمثابة لوحة للمعلومات المشفرة. على عكس الطباعة التقليدية التي تطبق الحبر، استخدم فريق بنسلفانيا عملية تسمى الطباعة المشفرة بنصف درجة. يتضمن ذلك ترجمة صورة، مثل «الموناليزا» الأيقونية ليوناردو دافنشي، إلى شبكة ثنائية من البكسلات. يتم بعد ذلك برمجة المناطق المقابلة لـ «1» و «0» داخل هذه الشبكة بخصائص فيزيائية مميزة باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية المتحكم به أثناء عملية الطباعة. هذا «يحرق» التعليمات بشكل فعال مباشرة في البنية الداخلية للمادة دون الحاجة إلى أصباغ أو صبغات خارجية.

في الظروف العادية، تكون هذه الاختلافات الهيكلية الدقيقة غير محسوسة بالعين المجردة، مما يجعل الصورة المشفرة غير مرئية. ومع ذلك، عندما يتعرض الجلد الصناعي لمحفزات محددة – وهي تغيرات في درجة الحرارة أو مذيب محيط – تتفاعل المناطق المقابلة للأنماط الثنائية بشكل مختلف. يزيد هذا الاستجابة التفاضلية تدريجياً من تباينها البصري، مما يتسبب في ظهور الصورة المخفية سابقاً بوضوح مذهل. يشبه الباحثون هذه الظاهرة بالطريقة التي يتم بها الكشف عن الحبر الخفي من خلال الحرارة أو محلول خاص، ولكن على مستوى أكثر تعقيداً وقابلية للبرمجة بكثير. يطلقون عليها اسم «الطباعة رباعية الأبعاد» لأنها تسمح لشيء ثلاثي الأبعاد بتغيير مظهره بمرور الوقت، مدفوعاً بإشارات بيئية خارجية.

يأتي الإلهام لهذه المادة الديناميكية مباشرة من العجائب البيولوجية لرأسيات الأرجل. تمتلك الأخطبوطات والحبار وأسماك الحبار نظاماً معقداً من الأعضاء العصبية العضلية المتخصصة تسمى حاملات اللون (chromatophores) والمحركات المائية العضلية (muscular hydrostats). تمكن هذه الهياكل الكائنات من التوسع والانكماش بسرعة، وتغيير لون وملمس جلدها على الفور تقريباً. يسمح هذا التمويه الطبيعي لها بالاندماج بسلاسة في محيطها، والتهرب من الحيوانات المفترسة ومطاردة الفريسة بكفاءة مذهلة. لطالما سعى المهندسون إلى تكرار هذا الفن البيولوجي، لكن النجاح كان محدوداً حتى الآن.

«يمنح هذا النظام المعقد من الأعصاب والعضلات الكائنات ذات الأجسام الرخوة القدرة الرائعة على تغيير مظهرها البصري وملمس سطحها وشكلها في وقت واحد»، كما أشار فريق البحث في دراستهم، التي نُشرت هذا الأسبوع في المجلة المرموقة Nature Communications. يمثل اختراق بنسلفانيا قفزة كبيرة في البيولوجيا التركيبية، حيث حقق نطاقاً ديناميكياً مشابهاً للمظهر باستخدام مادة ناعمة واحدة.

لإظهار ابتكارهم، قام الفريق أولاً بترميز الحروف «PSU» في فيلم هيدروجيل، والذي أصبح مرئياً عند تغيير درجة الحرارة. ومع زيادة التعقيد، قاموا بنجاح بتضمين صورة بالأبيض والأسود لـ «الموناليزا». الآثار المترتبة على ذلك عميقة. يمكن أن تشكل هذه التكنولوجيا الأساس لتمويه تكيفي متقدم للزي العسكري والمركبات، مما يسمح لها بالاختفاء أو تغيير مظهرها لتتناسب مع البيئات الديناميكية. وبعيداً عن الدفاع، تمتد التطبيقات المحتملة لتشمل المنسوجات الذكية التي تعرض المعلومات أو الأنماط حسب الطلب، وتدابير مكافحة التزوير للسلع عالية القيمة، أو حتى الأسطح المعمارية المتجاوبة.

يعد هذا البحث جزءاً من اتجاه متنامٍ حيث يتجه العلماء بشكل متزايد إلى الطبيعة للإلهام. في السنوات الأخيرة، استكشفت مؤسسات أخرى مواداً حيوية مستوحاة مماثلة: طور مهندسو جامعة روتجرز عضلة صناعية مطبوعة ثلاثية الأبعاد غيرت شكلها بضوء، بينما أنشأ باحثو ستانفورد مواد مرنة انتفخت عند استهدافها بحزم إلكترونية. حتى علماء الروبوتات غامروا ببناء «روبوتات أخطبوطية» مزودة بأذرع ميكانيكية وممصات، مما يدل على الافتتان الدائم بقدرات رأسيات الأرجل.

كما أوضح المهندس الصناعي والمؤلف المشارك في الدراسة هونغتاو صن، «نحن نطبع التعليمات في المادة. هذه التعليمات تخبر الجلد كيف يتفاعل عندما يتغير شيء ما حوله». يفتح هذا المفهوم لدمج التعليمات مباشرة في المواد نموذجاً جديداً لتصميم المواد، حيث لا تكون الوظيفة متأصلة فحسب، بل أيضاً تكيفية وقابلة للبرمجة. بينما لا يزال في مراحله الأولى، يمثل هذا الجلد الصناعي «رباعي الأبعاد» تقارباً مثيراً للإعجاب بين براعة الهندسة والحكمة البيولوجية، مما يشير إلى مستقبل تكون فيه المواد ديناميكية ومتجاوبة مثل الكائنات الحية.

وكالة أنباء إخباري