חומרים חדישים כמו גרפן - דף פחמן דק בעובי אטום אחד - הופכים קלים יותר, חזקים וקלים יותר לייצור בכל יום, ומציעים פוטנציאל חדש להפוך תעשיות מתפלת מים לתאים סולאריים וגילוי מחלות.
תוכן קשור
- ממציאי Upcycling פרסמו את המניפסט שלהם בספר פלסטי. למה?
אך החומרים מעשה ידינו עדיין חסרים איכות מבוקשת אחת המופיעה באופן טבעי בשורשי הצמחים ובעור האדם: היכולת לרפא את עצמם.
צוות בראשותו של סקוט ווייט מאוניברסיטת אילינוי באורבנה-שמפיין התכוונה לשנות זאת על ידי הוספת מערכת כלי דם מלאכותית לפלסטיק. הרעיון הוא למלא את ורידי הפסאודו של החומר בנוזלים תגוביים כימיים, כך שכאשר הפלסטיק נקרע, החומרים יכולים לשלב ולהתמצק כמו דם קריש, ולהגן על העצם מפני נזק נוסף.
בסרטון הדגמה הצוות בודק את הטכניקה על גוש פלסטיק, תוך שאיבת שני נוזלים דרך תעלות נפרדות לאובייקט לפני ניקוב החומר בעזרת מקדחה של 4 מילימטר. פצע המקדחה יצר סדקים ששחררו את תעלות הנוזל, אך בזכות מערכת כלי הדם, הנוזלים נזרקו לתוך החור וסדקים, תוך 20 דקות ויצרו ג'ל עבה שהפסיק את התפשטות הנזק. הג'ל התמצק תוך שלוש שעות, ובסופו של דבר מתקן את עצמו להיות כ- 60 אחוז חזק כמו החומר המקורי, לפי הצוות.
החוקרים רואים שימוש בטכנולוגיה כדי להגן על הכל מציוד צבאי לחומרי בניין - דבר שעלול לחסוך זמן וכוח אדם במצבי חירום או באתרי עבודה שקשה להגיע אליהם.
תהליך הערבוב והמצקה הכימיים עשוי להישמע מוכר לכל מי שאי פעם השתמש בשרף אפוקסי שנרכש מחנות לחומרי בניין. אבל ברט קרול, מחבר משותף למחקר, אומר שהצוות התרחק מאפוקסים, בעיקר בגלל זמני התגובה האיטיים שלהם.
למרות שהוא מייצר אפקט הדומה לאפוקסים, הפלסטיק החדש מסייע בתיקון הנזק חייב להיות מהיר יותר, אומר קרול.
ההבדל המהותי:
"עיצבנו את המערכת שלנו כדי לעבור שני מעברים שונים, " בעוד שרף אפוקסי עובד אחרת, אומר קרול. "שתי תגובות כימיות מתחילות ברגע שמתרחש ערבוב, אך הן מתרחשות בטווחי זמן שונים בהרבה."
קרול אומר שהתגובה הראשונה הופכת את התערובת לג'ל רך תוך 30 שניות. זה שומר על הכימיקלים במקום בתוך הפגוע, ובכל זאת מאפשרים העברת נוזלים נוספים לחור או סדק עד למילויו. התגובה השנייה, שהופכת את הכימיקלים למוצקים, מתרחשת לאחר מכן, בקצב שניתן לשלוט על ידי שינוי ההרכב והריכוז של הכימיקלים.
"הכימיה שלנו לא מתקרבת למורכבות של מערכת טבעית", אומר קרול, "אבל תכננו מערכת עם תגובה תלויה בזמן לנזק."
ווייט וצוותו הוכיחו את היכולת לרפא סדקים מיקרוסקופיים בצורה שונה בעבר, באמצעות אפוקסי ומיקרוסופיות משובצות. אולם הגישה הווסקולרית החדשה מאפשרת תיקון בהיקף גדול בהרבה. ניתן להשתמש בטכניקה כדי לתקן פרצה בצד של מקדח תת-ימי, למשל, או לנקודה על חללית שמתנגשת עם מטאור.
החוקרים עדיין מתמודדים עם אתגרים כאשר הם ממשיכים לפתח את החומרים לשמיעה עצמית, כולל כיצד להגביר את היעילות של רשתות כלי הדם בחומר (פלסטיק במקרה זה) מבלי להפחית משמעותית את חוזקו או ביצועים. הצוות רוצה גם לתת לחומר את היכולת לרפא ממספר "פצעים" לאורך זמן.
ככל הנראה, יהיה צורך להתאים את הכימיקלים לטיפול באזורי נזק גדולים יותר. על פי נתוני מדען חדש, חורים בחומר שגדלו יותר מ- 8 מ"מ גרמו לשחיקה של הכימיקלים. הצוות חושב ששימוש בקצף בתעלות במקום בנוזל יאפשר לחומר לרפא אזורים גדולים יותר, אם כי החוקרים טרם בדקו אפשרות זו.
קרול אומר שהם ייראו גם כדי להפוך את החומר ליעיל בסביבות שונות, כמו טמפרטורות קיצוניות, מתחת למים או בחלל. (עד כה, בעיקר נעשתה בדיקה במעבדה).
אמנם הטכנולוגיה עשויה יום אחד לפלס את דרכה למוצרי צריכה, אך אל תצפו כי חומרים מריפוי עצמי יתקנו קסם את החלק האחורי של ה- iPhone או הפגוש של המכונית שלכם עדיין. הטכנולוגיה נמצאת עדיין בשלבי פיתוח מוקדמים, אומר קרול. ומכיוון שהמחקר ממומן על ידי חיל האוויר האמריקני, סביר להניח שהוא ישמש קודם לכן על מטוסי קרב, טנקים או חלליות, יחד עם מכשירים שקשה לתקן אותם, כמו ציוד קידוח מתחת למים.
אבל זו רק ההתחלה של מה שהחומר יוכל לעשות, אומר קרול.
"הגרסה הנוכחית דומה יותר לצלקת מכיוון שהחומר המרפא אינו טוב כמו המקור, " אומר קרול. "מטרתנו למרחקים ארוכים היא לפתח פולימר מחודש באמת שבו ניתן להחליף חומר שאבד בגלל אירוע נזק בחומר מאותו הרכב."
