ثورة علمية: 'ثني الماء' يفتح آفاقاً جديدة في التحكم بالأجسام العائمة
نيسان ـ نشر في 2025-03-13 الساعة 12:47
x
نيسان ـ اكتشف فريق من العلماء الدوليين، من جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة (NTU)، طريقةً لثني أمواج الماء، مما يُمكّنها من حبس الأجسام العائمة وتحريكها بدقة بشكل أشبه بالسحر.
وتعتمد هذه التقنية على توليد موجات ودمجها لابتكار أنماط سطحية معقدة، مثل الحلقات المتشابكة والدوامات، حيث كشفت التجارب أن هذه الأنماط تمتلك قدرة فريدة على جذب الأجسام العائمة القريبة واحتجازها، مثل كرات الرغوة الصغيرة بحجم حبات الأرز، وفقاً لما ذكره موقع "إنترستينغ إنجينيرينغ".
بدأ الفريق عمله بإجراء عمليات محاكاة حاسوبية قبل الانتقال إلى التجارب الفعلية، حيث استخدموا خزان مياه وهياكل بلاستيكية مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لتوليد الأمواج. وتضمنت إحدى هذه التركيبات حلقة متصلة بـ24 أنبوباً مرتبطة بمكبرات صوت تُصدر أصواتاً منخفضة التردد، ما أدى إلى تشكيل تموجات مميزة على سطح الماء.
في التجارب، استخدم الباحثون كرات رغوية عائمة مصنوعة من البولي إيثيلين، تراوحت أقطارها بين 4.8 و12.7 ملم، بالإضافة إلى كرة تنس طاولة بقطر 40 ملم، وراقبوا كيفية استجابتها لحركة الأمواج، مما أكد نجاح التقنية في جذب هذه الأجسام والتحكم في حركتها.
ونجح الفريق في ابتكار تقنية متقدمة تعتمد على ضبط شدة الموجة وترددها، مع التحكم في تزامن حركة الموجات، مما أدى إلى تشكيل أنماط موجية معقدة تتميز بقدرتها على حصر الأجسام العائمة وتوجيهها بدقة استثنائية.
دقة في التحكم وحركة ثابتة
أظهرت التجارب أن هذه الأنماط الموجية قادرة على تثبيت الكرات في مكان واحد أو توجيهها على مسارات دائرية ولولبية، مع أدنى حد من الانحراف الذي لم يتجاوز 2-4 ملم. وعلى عكس التموجات العادية، تظل هذه الأنماط مستقرة حتى عند تعرضها لموجات خارجية طفيفة، ما يعكس مدى دقة وثبات هذه التقنية.
رؤية مستقبلية واستخدامات واعدة
أوضح شين ييجي، الأستاذ المساعد وأحد المشاركين في البحث، أن هذه التقنية تفتح آفاقاً جديدة في استخدام موجات الماء لتحريك أجسام عائمة بدقة. وأضاف أن الأبحاث المستقبلية قد تتجه لدراسة موجات أصغر بحجم الخلايا، والتي تقل مئات المرات عن الموجات الحالية، وكذلك موجات بحرية أكبر بألف مرة.
إلهام من موجات الضوء وتطوير التقنية
استند هذا البحث إلى عمل سابق لشين على موجات الضوء، حيث أثبتت تلك الدراسات كيف يمكن لموجات الضوء المُهيكلة أن تحجز الجسيمات الدقيقة وتحركها.
ويخطط الفريق حالياً لتوسيع نطاق التقنية عبر إنشاء أنماط مائية تحت السطح لتحريك الأجسام المغمورة، مع السعي لتقليص حجم هذه الأنماط إلى مستوى الميكرومتر، ما قد يتيح تحريك الخلايا والجسيمات المجهرية بدقة عالية دون الحاجة إلى ملامستها.
وتعتمد هذه التقنية على توليد موجات ودمجها لابتكار أنماط سطحية معقدة، مثل الحلقات المتشابكة والدوامات، حيث كشفت التجارب أن هذه الأنماط تمتلك قدرة فريدة على جذب الأجسام العائمة القريبة واحتجازها، مثل كرات الرغوة الصغيرة بحجم حبات الأرز، وفقاً لما ذكره موقع "إنترستينغ إنجينيرينغ".
بدأ الفريق عمله بإجراء عمليات محاكاة حاسوبية قبل الانتقال إلى التجارب الفعلية، حيث استخدموا خزان مياه وهياكل بلاستيكية مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لتوليد الأمواج. وتضمنت إحدى هذه التركيبات حلقة متصلة بـ24 أنبوباً مرتبطة بمكبرات صوت تُصدر أصواتاً منخفضة التردد، ما أدى إلى تشكيل تموجات مميزة على سطح الماء.
في التجارب، استخدم الباحثون كرات رغوية عائمة مصنوعة من البولي إيثيلين، تراوحت أقطارها بين 4.8 و12.7 ملم، بالإضافة إلى كرة تنس طاولة بقطر 40 ملم، وراقبوا كيفية استجابتها لحركة الأمواج، مما أكد نجاح التقنية في جذب هذه الأجسام والتحكم في حركتها.
ونجح الفريق في ابتكار تقنية متقدمة تعتمد على ضبط شدة الموجة وترددها، مع التحكم في تزامن حركة الموجات، مما أدى إلى تشكيل أنماط موجية معقدة تتميز بقدرتها على حصر الأجسام العائمة وتوجيهها بدقة استثنائية.
دقة في التحكم وحركة ثابتة
أظهرت التجارب أن هذه الأنماط الموجية قادرة على تثبيت الكرات في مكان واحد أو توجيهها على مسارات دائرية ولولبية، مع أدنى حد من الانحراف الذي لم يتجاوز 2-4 ملم. وعلى عكس التموجات العادية، تظل هذه الأنماط مستقرة حتى عند تعرضها لموجات خارجية طفيفة، ما يعكس مدى دقة وثبات هذه التقنية.
رؤية مستقبلية واستخدامات واعدة
أوضح شين ييجي، الأستاذ المساعد وأحد المشاركين في البحث، أن هذه التقنية تفتح آفاقاً جديدة في استخدام موجات الماء لتحريك أجسام عائمة بدقة. وأضاف أن الأبحاث المستقبلية قد تتجه لدراسة موجات أصغر بحجم الخلايا، والتي تقل مئات المرات عن الموجات الحالية، وكذلك موجات بحرية أكبر بألف مرة.
إلهام من موجات الضوء وتطوير التقنية
استند هذا البحث إلى عمل سابق لشين على موجات الضوء، حيث أثبتت تلك الدراسات كيف يمكن لموجات الضوء المُهيكلة أن تحجز الجسيمات الدقيقة وتحركها.
ويخطط الفريق حالياً لتوسيع نطاق التقنية عبر إنشاء أنماط مائية تحت السطح لتحريك الأجسام المغمورة، مع السعي لتقليص حجم هذه الأنماط إلى مستوى الميكرومتر، ما قد يتيح تحريك الخلايا والجسيمات المجهرية بدقة عالية دون الحاجة إلى ملامستها.
