بقوة الفولاذ وخفة الرغوة.. مواد قد تحدث ثورة في صناعة الطائرات!
تاريخ النشر: 28th, January 2025 GMT
كندا – طور باحثون من جامعة تورنتو في كندا مواد نانوية فائقة القوة تتمتع بقوة الفولاذ الكربوني وخفة رغوة البوليسترين، ما يفتح آفاقا في مجالات صناعية متعددة، من السيارات إلى الطائرات.
وهذه المواد، التي تم تطويرها باستخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي، تجمع بين القوة العالية والوزن الخفيف وقابلية التخصيص، ما يجعلها مثالية للتطبيقات المتقدمة.
وقام الباحثون بقيادة بيتر سيرلز، المؤلف الأول للدراسة، بتصميم مواد نانوية معمارية (nano-architected materials) باستخدام خوارزميات تعلم الآلة. وهذه المواد تتكون من وحدات بناء صغيرة يبلغ حجمها بضع مئات من النانومترات، وترتب في هياكل ثلاثية الأبعاد معقدة تُعرف باسم “الشبكات النانوية” (nanolattices).
وقال سيرلز إن هذه المواد تستفيد من تأثير مبدأ “الأصغر هو الأقوى” في علم المواد، ما يجعلها تتميز بقوة وصلابة كبيرة مقارنة بوزنها، وبالتالي أكثر كفاءة واستخداما في تطبيقات متعددة.
وتم استخدام خوارزمية تعلم آلي متقدمة تعرف باسم Multi-Objective Bayesian Optimization لتحسين تصميم هذه المواد.
وهذه الخوارزمية تعلمت من البيانات المحاكاة للتنبؤ بأفضل الأشكال الهندسية التي تعزز توزيع الإجهاد وتحسن نسبة القوة إلى الوزن.
وأضاف سيرلز: “هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها استخدام تعلم الآلة لتحسين المواد النانوية المعمارية. لقد فوجئنا بالتحسينات الكبيرة التي حققتها الخوارزمية”.
ومن المتوقع أن تؤدي هذه المواد إلى تطوير مكونات فائقة الخفة لتطبيقات الفضاء والطيران، مثل الطائرات والمروحيات والمركبات الفضائية. ويمكن لهذه المواد أن تقلل من استهلاك الوقود مع الحفاظ على السلامة والأداء، ما يسهم في تقليل البصمة الكربونية لصناعة الطيران.
وأشار سيرلز: “على سبيل المثال، إذا قمت باستبدال مكونات مصنوعة من التيتانيوم في الطائرة بهذه المواد، فستوفر نحو 80 لترا من الوقود سنويا لكل كغ من المواد التي يتم استبدالها”.
ويركز الباحثون الآن على تحسين عملية تصنيع هذه المواد على نطاق واسع لتمكين إنتاج مكونات كبيرة الحجم بتكلفة فعالة.
نشرت الدراسة في مجلة Advanced Materials.
المصدر: Interesting Engineering
المصدر: صحيفة المرصد الليبية
كلمات دلالية: هذه المواد
إقرأ أيضاً:
ثورة في عالم الطاقة: بطارية خارقة تدوم بدون شحن!
شمسان بوست / متابعات:
نجح باحثون من جامعة بريستول وهيئة الطاقة الذرية البريطانية في ابتكار أول بطارية ماسية من الكربون-14 في العالم، يتمتع هذا النوع الجديد من البطاريات بالقدرة على تشغيل الأجهزة لآلاف السنين، مما يجعله مصدر طاقة طويل الأمد بشكل لا يُصدق.
تستخدم البطارية كمية صغيرة من الكربون-14، وهو عنصر كيميائي يشبه الكربون العادي، لكنه يحتوي على نيترونين إضافيين، مما يجعله غير مستقر ومشعا، توضع كمية منه في مركز البطارية ثم تغلف بطبقات من الماس الصناعي المصنوع في المختبر.
ويُستخدم الماس بشكل خاص لقوته الفائقة، وموصله الممتاز للحرارة، وقدرته على تحمل الإشعاع.
وعندما تتحلل المادة المشعة، تُطلق طاقة على شكل جسيمات دون ذرية (تحلل بيتا)، ويُحوّل الماس هذه الطاقة المُنطلقة مباشرةً إلى كهرباء.
طاقة شبه دائمة
يوجد الكربون-14 عادةً في كتل الجرافيت المُستخدمة في المفاعلات النووية، ويستخدمه العلماء لأنه يطلق مستويات منخفضة من الإشعاع، مما يجعله أكثر أمانًا من العديد من المواد المُشعّة الأخرى. وبذلك، تساعد هذه التقنية على إعادة تدوير النفايات النووية، مما يجعلها صديقة للبيئة.
ويبلغ عمر النصف للكربون-14 حوالي 5700 عام، وهي الفترة اللازمة لفقدان نصف كم الذرات التي بدأت التحلل، مما يعني أنه يتحلل ببطء شديد، ويمكنه توفير مصدر طاقة ثابت لآلاف السنين.
تعمل طبقات الماس كحاجز يحجز جميع الإشعاعات، مما يجعل الجزء الخارجي من البطارية آمنًا تمامًا، على عكس البطاريات النووية التقليدية الموجودة منذ عقود (مثل تلك المستخدمة في البعثات الفضائية)، ولكنها عادةً ما تستخدم مواد أكثر خطورة (مثل البلوتونيوم) وهي أكبر حجمًا بكثير.
وبمجرد تركيبها، لا تتطلب هذه البطارية أي صيانة أو إعادة شحن طوال فترة تشغيلها، كما أن النواة المشعة محمية بالكامل بطبقات الماس، مما يمنع أي إشعاع من التسرب ويجعله آمنًا للاستخدام.
وقد بلغ حجم النموذج الأولي الذي طوره الباحثون بحجم عملة معدنية، مثل تلك البطاريات المستخدمة في الساعات أو أجهزة السمع، وقد صُممت البطارية لإنتاج طاقة منخفضة على أمد طويل، وليس دفعات عالية من الطاقة.
تطبيقات واعدة
وبناء على ذلك، فهي مثالية للأجهزة التي تتطلب صغر الحجم وطول العمر بشكل أكبر من إنتاج الطاقة. على سبيل المثال، يمكنها تشغيل أجهزة تنظيم ضربات القلب، وأجهزة السمع، والغرسات التي تُزرع داخل جسم الإنسان، مما يُغني عن الجراحة لاستبدال البطاريات.
والبطارية كذلك مثالية للمركبات الفضائية والأقمار الاصطناعية التي تحتاج إلى طاقة موثوقة وطويلة الأمد بعيدا عن الشمس، حيث لا تعمل الألواح الشمسية.
ويعتقد الباحثون من جامعة بريستول كذلك أنها مفيدة لأجهزة الاستشعار في المواقع الخطرة أو النائية (مثل أعماق البحار أو القطب الشمالي) حيث يكون تغيير البطاريات غير عملي.
وكذلك يمكنها تشغيل المعدات وأجهزة الاستشعار المستخدمة في الدفاع والأمن، وخاصةً في الأماكن التي يصعب فيها الصيانة.
غير أن هذه البطاريات تعد غير مناسبة للأجهزة عالية الطاقة (مثل السيارات الكهربائية أو الحواسيب المحمولة) حتى الآن، وقد تتمكن يوما ما من تشغيل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة مثل الهواتف الذكية أو الساعات لعقود دون الحاجة إلى إعادة شحنها، لكن ذلك يظل قيد البحث حاليا.
العراق يوجه دعوة رسمية لأحمد الشرع للمشاركة في القمة العربية