لتطوير مواد عازلة للمياه
العلماء يكتشفون آليات أجنحة الفراشات في التصدي لقطرات المطر القاتلة
2020-06-21
ملاك مكي
ما هو الرابط بين أجنحة الفراشات وقطاع الهندسة؟ يخيل للقارئ للوهلة الأولى أن الفراشات كائنات خفيفة جميلة، يتغنى بها الشعراء والحالمون فحسب، غير أن الدراسات العلمية الحديثة تحاول أن تستثمر في فهم آلية الفراشات في التصدي لقطرات المياه من أجل تطوير مواد عازلة للمياه يمكن أن يستفاد منها في قطاعات عديدة ومختلفة.
قطرات المطر والكائنات الهشة
يقول المهندس البيولوجي والبيئي سنغاون جونغ، من جامعة كورنيل في ولاية نيويورك الأميركية، إن أخطر الحوادث التي تتعرض لها الحيوانات الصغيرة هي ارتطامها بقطرات المياه.
إذ يشرح جونغ أن أثر ارتطام قطرات المياه بالكائنات الصغيرة الهشة لا يرتبط بقوة الارتطام فحسب، بل يؤثر أيضا على سرعة طيران الحشرات ودفء أجسامها. لذا تعتبر المدة الزمنية لالتصاق قطرات المياه على أجسام الحيوانات عاملا حرجا للكثير منها.
درس الفريق البحثي الذي يضم جونغ وسنغهو كيم وباحثين آخرين، آلية بعض الحيوانات والنباتات في مواجهة الخطر المحتمل من قطرات المطر.
فاستخدم الفريق البحثي كاميرا فائقة السرعة لمراقبة أثر المياه على أجسام بعض الحيوانات ومنها: الفراشة، وحشرة العتة، وحشرة اليعسوب، وتعد الأخيرة من أسرع الحشرات في العالم، وريش طائر الأطيش، وهو طائر بحري ينتمي إلى فصيلة البجعيات، وأوراق شجرة كاتسورا.
أشواك وآليات نانوية
يذكر أن دراسات سابقة ارتكزت على آليات مراقبة مماثلة لقطرات مياه ذات سرعة أقل من قطرات المطر الحقيقية، التي يمكن أن تبلغ عشرة أمتار في الثانية.
غير أن الفريق البحثي، في هذه الدراسة التي نشرت في دورية "بي إن إي إس" يوم 5 يونيو/حزيران الجاري بعنوان "كيف تتحطم قطرات المياه على الأسطح البيولوجية؟"، رشق الأجسام بقطرات ذات سرعة عالية، وسجّل مختلف الديناميكيات التي يمكن ملاحظتها.
لاحظ الفريق البحثي أن قطرات المطر على أوراق الشجر أو أجنحة الفراشات ترتطم بأشواك مجهرية.
وهو ما يولّد موجات، متداخلة بعضها في بعض، في قطرات المياه التي تأخذ شكلا مجعدا أثناء انتشارها، وبسماكة مختلفة وفق حجمها، وتسمح الأشواك المجهرية الموجودة على أسطح الأجنحة بثقب قطرات المياه وتمزقيها إلى أجزاء صغيرة جدا.
ووجد الباحثون أن الأسطح الطبيعية لهذه الكائنات تضم طبقة من الشمع جد صغيرة (على مقياس نانو) تساعد على التصدي لقطرات المياه، مما يساهم، بالتزامن مع تجزئة القطرات، في تقليص الفترة الزمنية لالتصاق قطرات المياه على الأسطح إلى أكثر من 70%.
بالمقابل، يؤدي ذلك إلى انخفاض حرارة الحيوانات وسرعة انتقالها. ويؤثر، ذلك بشكل كبير، على بعض الحشرات التي تحتاج إلى المحافظة على حرارتها أو دفء عضلاتها للتمكن من الطيران والهروب من الحيوانات المفترسة.
يشرح جونغ أن وجود هذه النتوءات أو الأشواك المجهرية الخشنة، وطبقة الشمع على أجسام هذه الكائنات يفسر قدرة هذه الكائنات على تصدي لقطرات المياه.
مواد مستوحاة من الطبيعة
يقول الباحث جونغ إن هذه الدراسة تعتبر الأولى في فهم أثر قطرات المياه ذات السرعة الفائقة على الأسطح الطبيعية الكارهة أو الصادة للمياه.
ويساعد فهم عملية تصدي الأشواك المجهرية الموجودة على أجنحة الفراشات لقطرات المياه المهندسين على تطوير مواد عازلة للمياه مستوحاة من آليات أو ميكانيكيات موجودة في الطبيعة مثلما تمت صناعة ملابس مقاومة للمياه بآليات مستوحاة من أوراق زهرة اللوتس.
وكما يقول جونغ "هناك سوق وقطاع واسع لاستخدام هذا النوع من الأسطح"، غير أن "التحدي الأكبر لهندسة مثل هذه المنتجات بهذه المواد يكمن في توفير متانتها
