إسمنت مستوحى من عظام الإنسان أقوى 5 مرات من الخرسانة
تاريخ النشر: 19th, September 2024 GMT
طور باحثون في جامعة برينستون الأمريكية نوعاً جديداً من العجينة الأسمنتية التي تتفوق قوتها على المواد التقليدية مثل الخرسانة بأكثر من 5 مرات، مما يساهم في تعزيز متانة البناء بشكل كبير، والمثير للانتباه هو أن هذه العجينة مستوحاة من عظم الإنسان.
وتم تصميم هذا الأسمنت لمقاومة التشقق وتعزيز المتانة الهيكلية بشكل مستوحى من البنية الأنبوبية للعظم القشري البشري، وهي الطبقة الخارجية لعظم الفخذ، بحسب الدراسة التي نُشرت في مجلة Advanced Materials.
وأوضح الباحث الرئيسي شاشانك جوبتا، المرشح لنيل درجة الدكتوراه من جامعة برينستون، أن المواد الهشة مثل الأسمنت غالباً ما تفشل فجأة وبطريقة كارثية، فعندما تتشكل الشقوق في هذه المواد، يمكن أن يؤدي نقص المتانة إلى انهيارات مفاجئة، مما يشكل خطراً كبيراً على المباني والأرواح.
وأكد جوبتا على ضرورة تطوير مواد بناء قادرة على مقاومة انتشار الشقوق وتوزيع تأثير الضرر بشكل آمن.
الطبيعة مصدر الإلهاملمعالجة هذه المشكلة، استعان الباحثون بالطبيعة كمصدر إلهام، ودرسوا العظام القشرية التي تدعم وزن الجسم وتقاوم الكسور.
وتتميز العظام القشرية بوجود أنابيب بيضاوية تعرف باسم وحدات العظم، والتي تساعد في صد الشقوق ومنع الفشل السريع.
خصائص العظام البشريةمستلهماً من خصائص العظام البشرية، ابتكر الفريق عجينة أسمنتية تتضمن أنابيب أسطوانية وبيضاوية مماثلة، مما يحسن بشكل كبير مقاومة الشقوق. عندما يتشكل شق، تعمل هذه الأنابيب كعائق يؤخر انتشاره ويبدد الطاقة التي قد تسهم في تسريع الضرر، مما يمنح الهيكل مزيداً من الوقت لتحمل الإجهاد ومنع التصدّع المفاجئ.
وشرح جوبتا أن ما يجعل هذه الآلية فريدة هو التحكم في انتشار الشقوق، مما يمنع التصدع الكارثي ويجعل المادة أكثر صلابة بفضل تحملها للضرر التدريجي.
وبخلاف الطرق التقليدية التي تعزز الأسمنت بالبلاستيك أو الألياف، يركز هذا النهج على استخدام الهندسة – تحديداً شكل الأنابيب وأحجامها واتجاهاتها – لتعزيز المتانة.
كما طوّر الفريق إطاراً لتقييم درجة الاضطراب في بنية عجينة الأسمنت، مما قد يسهم في جعل هذه المادة الجديدة قابلة للتطوير وعملية للاستخدام على نطاق واسع.
ويعتقد فريق البحث أن هذا التقدم الهندسي يمكن أن يؤدي إلى صنع مواد بناء أكثر مرونة، كما يمكن تطبيق هذه التقنية على مواد هشة أخرى.
المصدر: جريدة الحقيقة
إقرأ أيضاً:
كيف تؤثر الشيخوخة على عظامنا؟
كشفت دراسة جديدة عن تفاصيل التغيرات التي تحدث للخلايا التي تُكوّن الهيكل العظمي مع التقدم في العمر. وتؤدي هذه التغيرات إلى ضعف في بنية العظام فتصبح أكثر هشاشة وعرضة للكسر. وتشكل نتائج الدراسة خطوة مهمة نحو إيجاد علاجات أفضل لهشاشة العظام المرتبط بالتقدم في العمر.
وأجرى الدراسة باحثون من جامعة تكساس في أوستن في الولايات المتحدة، ونُشرت نتائجها في مجلة "سمول" (Small)، وكتب عنها موقع يوريك أليرت.
الشيخوخة تؤثر على وظيفة الخلايا العظميةيتكوّن العظم من 4 أنواع مختلفة من الخلايا، الخلايا البانية للعظم (osteoblasts)، الخلايا العظمية (osteocytes)، الخلايا الهادمة للعظم (osteoclasts)، والخلايا المبطّنة للعظم (bone lining cells).
وتشكل الخلايا العظمية غالبية الخلايا في العظام. وتلعب دورا رئيسيا في الحفاظ على صحة الهيكل العظمي، حيث تراقب التغيرات الميكانيكية والكيميائية في البيئة المحيطة بها، وتُرسل إشارات لتنظيم عملية بناء العظام وهدمها.
يمكن أن يؤدي التقدم في السن والإجهاد إلى شيخوخة الخلايا، مما يؤدي إلى تغييرات هيكلية وميكانيكية تؤثر على قدرتها على استشعار الإشارات الميكانيكية، مما يؤدي في النهاية إلى إضعاف العظام.
تطلق الخلايا المسنة مزيجا ساما من الجزيئات يؤدي إلى الالتهاب والتلف في الأنسجة المحيطة، وتبدأ الخلايا العظمية نفسها في التصلب. والخلايا المسنة هي الخلايا التالفة التي تتوقف عن الانقسام، ولكنها لا تموت.
إعلانتُشير الباحثة مريم تيلتون، الأستاذة المساعدة في قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة تكساس، والباحثة المشاركة في هذه الدراسة، إلى أن "الهيكل الخلوي للخلايا العظمية يشبه دعامة داخل المبنى. عندما تصبح هذه الدعامة صلبة وغير مرنة، لا يستطيع المبنى التكيف مع التغيرات والضغوط، مما يؤدي إلى مشاكل هيكلية. وبالمثل، فإن تصلب الخلايا العظمية يضعف قدرتها على تنظيم إعادة تشكيل العظام، مما يُسهم في فقدان العظام".
وتضيف: "نحن نستكشف كيف يمكن للإشارات الميكانيكية أن تساعد في إعادة هذه الخلايا المسنة لما كانت عليه سابقا أو حتى إزالتها".
ويخطط الفريق لتوسيع نطاق أبحاثهم من خلال استكشاف تأثير الضغوطات المختلفة على الخلايا العظمية والتحقيق في التدخلات العلاجية المحتملة.
الأونصة فوق 3200 دولار .. الذهب يسجل مستوى قياسياً جديداً