بلاستيك متغير الشكل بمستقبل مرن

مع القيود المفروضة على المساحة والوزن، ما الذي ستجلبه معك إذا ذهبت إلى المريخ؟ قد يكون الخيار المثالي هو مادة واحدة يمكنها تحويل الأشكال إلى أي كائن تتخيله.

في الصباح، يمكنك تشكيل تلك المادة في أدوات تناول الطعام. عند الانتهاء من وجبة الإفطار، يمكنك تحويل الشوكة والسكين إلى مجرفة لتعتني بحديقتك المريخية. وبعد ذلك، عندما تكون الساعة السعيدة على الكوكب الأحمر، يمكن أن تصبح تلك الأشياء بأسمائها الحقيقية كوبًا للبيرة المريخية الخاصة بك.

ما يبدو وكأنه خيال علمي، ربما يكون على بعد خطوة واحدة من الواقع. ابتكر الباحثون في كلية بريتزكر للهندسة الجزيئية بجامعة شيكاغو نوعًا جديدًا من البلاستيك يتمتع بخصائص يمكن ضبطها بالحرارة ومن ثم حبسها بالتبريد السريع، وهي عملية تعرف باسم التقسية. وعلى عكس المواد البلاستيكية الكلاسيكية، تحتفظ المادة بهذه الصلابة عند إعادتها إلى درجة حرارة الغرفة.

ويمكن للنتائج التي نشرت في مجلة ساينس يوم الخميس أن تغير في يوم من الأيام الطريقة التي يحزم بها رواد الفضاء أمتعتهم في الفضاء.

وقال ستيوارت روان، الكيميائي في جامعة شيكاغو ومؤلف الدراسة الجديدة: “بدلاً من أخذ جميع أنواع البلاستيك المختلفة معك، تأخذ هذا البلاستيك معك ثم تعطيه الخصائص التي تحتاجها كما تحتاج”. .

لكن الفضاء ليس المكان الوحيد الذي يمكن أن تكون فيه المادة مفيدة. ويرى فريق الدكتور روان أيضًا إمكاناته في بيئات أخرى تكون فيها الموارد نادرة، مثل البحر أو في ساحة المعركة. ويمكن استخدامه أيضًا في صنع الروبوتات الناعمة وتحسين إعادة تدوير البلاستيك.

وقال شرايش باتل، المهندس الكيميائي في جامعة شيكاغو ومؤلف الدراسة الجديدة: “نحن جميعا نعتمد على البلاستيك في حياتنا اليومية”. لكن الأكواب الرغوية وأكياس القمامة وعدسات النظارات، على سبيل المثال، تتطلب جميعها مواد بلاستيكية ذات خصائص مختلفة.

ومن ناحية أخرى، قال الدكتور باتل إن مادة واحدة يمكن تصنيعها لتلبية احتياجات مختلفة، “تبسط كيفية صنع البلاستيك”. كما أنه سيجعل البلاستيك أكثر استدامة لأنه يمكن معالجة جميع العناصر معًا عند إعادة التدوير. وأوضح أنه يجب فرز هذا البلاستيك عندما تساهم إعادة التدوير في إعادة استخدام جزء صغير فقط.

تتكون المواد البلاستيكية الحديثة من سلاسل من الجزيئات المترابطة بشكل دائم، مما يجعل من الصعب تفكيكها. لكن الباحثين في شيكاغو يقولون إن مادتهم الجديدة “متعددة القدرات” – وهو مصطلح يستخدم عادة لوصف الخاصية العامة للخلايا الجذعية – أو مصنوعة من روابط يمكن كسرها وإعادة تشكيلها باستخدام الحرارة.

لقد كانت مستوحاة من الطريقة التي يقوم بها الحدادون بتسخين الفولاذ في الفرن، أو تسخينه تدريجيًا ثم تبريده بسرعة. ولكن على عكس المعدن، فإن البلاستيك خفيف الوزن ويمكن تشكيله في درجات حرارة يمكن تحقيقها باستخدام فرن أو موقد مسطح.

قام الباحثون بتسخين البلاستيك المحمر الشفاف إلى درجات حرارة تتراوح بين 140 إلى 230 درجة فهرنهايت ثم قاموا بتخزينه في الثلاجة لتبريده بسرعة. عند تلطيفه في درجات حرارة منخفضة، تتشكل المزيد من الروابط الجزيئية، مما يجعل البلاستيك أكثر صلابة. ولكن عند درجات الحرارة المرتفعة، تصبح المادة أكثر ليونة وأكثر لزوجة.

قام الفريق بتشكيل البلاستيك في ملعقة صلبة بما يكفي لغرف زبدة الفول السوداني من مرطبان، وشوكة يمكنها التقاط الجبن. كما صنعوا مادة لاصقة قوية بما يكفي للصق قطعتين من الزجاج معًا، ومخلبًا صغيرًا مشابهًا لما قد تجده في آلة الألعاب.

وجدت جوليا كالو، عالمة الكيمياء في جامعة نورث وسترن والتي لم تشارك في الدراسة ولكنها كتبت وجهة نظر حول النتائج لمجلة Science، فكرة وجود مادة واحدة يمكنها تحقيق مجموعة متنوعة من الخصائص الفريدة والمثيرة. وقالت: “الآن بعد أن علمنا أنه قد يكون من المفيد تحقيق هذه الخاصية، سيتم إلهام الكثير من الباحثين الآخرين لإيجاد طرق جديدة لتحقيق هذا الهدف”.

هناك قيود على الجيل الأول من البلاستيك متعدد القدرات. وعلى الرغم من أن الفريق أظهر أنه يمكن إعادة معالجة المادة سبع مرات على الأقل، والحفاظ على شكلها لمدة شهر على الأقل، إلا أن هناك عدم يقين بشأن مدة صلاحيتها.

وقال نيكولاس بوينتون، وهو طالب دراسات عليا في جامعة شيكاغو والذي قاد التجارب الخاصة بالدراسة: “لن تكون هذه المنتجات بديلاً مباشرًا للمواد البلاستيكية الأساسية بعد”. ولا يمكن للمادة أن تصل بعد إلى صلابة الكيس البلاستيكي، على سبيل المثال، ولا إلى مرونة الشريط المطاطي.

وقال السيد بوينتون: «لم نصل إلى هذه المرحلة بعد، لكننا قريبون جدًا». “أعتقد أن وجود مادة واحدة يمكنها الوصول إلى هذا النطاق الضخم هو الأمر المثير حقًا في هذه المرحلة.”