أقوى قبضة في الطبيعة
الجلكيس ليست من أجمل المخلوقات في المحيط. هذه الأسماك عديمة الفك، التي تشبه الثعابين، تعلق نفسها على الحيتان وأسماك القرش والحيوانات البحرية الكبيرة الأخرى باستخدام قرص فم دائري مصفح بصفوف من الأسنان الصغيرة وآلية شفط قوية. بمجرد التعلق، يمكن للجلكيس أن يتشبث بمضيفه حتى في أقسى ظروف المحيط، ومقاومة القوى التي كانت ستمزق أي كوب شفط تقليدي.
الآن، طور العلماء في جامعة بكين هندسة عكسية لهذا النظام البيولوجي الملحوظ لإنشاء كوب شفط اصطناعي يمكنه رفع أكثر من 850 مرة وزنه الخاص. يعمل الجهاز على الأسطح الرطبة والخشنة والمنحنية — الظروف التي تهزم أكواب الشفط التقليدية — مما يفتح تطبيقات في الروبوتات تحت الماء والتصنيع الصناعي والأدوات الجراحية.
فك رموز سر الجلكيس
بدأ فريق البحث بإجراء عمليات مسح دقيقة بالأشعة المقطعية الميكروية لأقراص الفم في الجلكيس، ورسم خريطة للهندسة الدقيقة للأسنان والأنسجة الرخوة المحيطة بها والهياكل العضلية التي تولد الشفط. ما وجدوه كان نظام التصاق متعدد المقاييس متطور يعمل بمبادئ مختلفة تماماً عن الختم الفراغي البسيط لكوب الشفط المنزلي.
يعمل كوب الشفط التقليدي بإنشاء فراغ جزئي بين الكوب والسطح. اضغط عليه، واطرد الهواء، والضغط الجوي يحافظ عليه في مكانه. يعمل هذا بشكل جيد على الأسطح الملساء والنظيفة والجافة مثل الزجاج أو البلاط، لكنه يفشل على الأسطح الخشنة أو الرطبة أو المنحنية لأن الهواء يتسرب عبر الفجوات بين الكوب والسطح غير المنتظم.
يحل قرص فم الجلكيس هذه المشكلة بهيكل هرمي. ينشئ الحلقة الخارجية للقرص ختماً على مستوى الماكرو ضد جلد المضيف. داخل هذا الحلقة، تنضغط صفوف من الأسنان الصغيرة على السطح، مما ينشئ نقاط تشابك على مستوى الميكرو تمنع القرص من الانزلاق. ينحني الأنسجة الرخوة بين الأسنان لملء المخالفات السطحية، مما يزيل الفجوات الهوائية التي كانت ستكسر الختم التقليدي. وتحافظ التقلصات العضلية بنشاط وتضبط ضغط الشفط استجابة للقوى الخارجية.
هندسة النسخة الاصطناعية
تتطلب ترجمة هذا التصميم البيولوجي إلى جهاز هندسي ابتكارات في علوم المواد والتصنيع الدقيق. يستخدم كوب الشفط الاصطناعي حلقة سيليكون ناعمة خارجية تحاكي الشفة القابلة للتشوه للجلكيس، وتنشئ ختماً أولياً على مستوى الماكرو. داخل هذا الحلقة، توفر سلسلة من أسنان البوليمر على المستوى الدقيق، المصنعة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد الدقيقة، قبضة التشابك التي تمنع الانزلاق على الأسطح الخشنة.
يتم ملء المساحة بين الأسنان بمادة هيدروجل تتسع قليلاً عند التعرض للماء، مما يحسن فعلياً أداء الختم في الظروف الرطبة. هذا هو عكس معظم تقنيات الالتصاق، التي تتدهور عندما تكون رطبة. تحافظ مضخة داخلية صغيرة، مماثلة للتقلصات العضلية للجلكيس، بنشاط على ضغط الشفط وتستطيع ضبط قوة القبضة في الوقت الفعلي.
النتيجة هي كوب شفط يبلغ قطره بضعة سنتيمترات فقط يمكنه دعم حمولات تتجاوز 850 مرة وزنه الخاص. في الاختبارات المختبرية، حافظ الجهاز على قبضته على الخرسانة الخشنة وزجاجات زجاجية منحنية والفولاذ الرطب وحتى الأنسجة البيولوجية — الأسطح التي جعلت أكواب الشفط التجارية عديمة الفائدة.
التطبيقات في الروبوتات والصناعة
التطبيق الأكثر مباشرة هو في الروبوتات تحت الماء. تحتاج المركبات المشغلة عن بعد (ROV) المستخدمة للفحص والصيانة والإصلاح تحت الماء بشكل متكرر إلى الالتصاق بالأسطح — بدن السفن وجدران الأنابيب ودعامات الجسور — التي تغطيها الأغشية الحيوية والتآكل ونمو بحري. تفشل آليات الالتصاق الحالية غالباً في هذه الظروف، مما يحد من قدرات ROV. قد يسمح الإمساك بالشفط المستوحى من الجلكيس للروبوتات البحرية بالالتصاق بشكل موثوق بأي سطح مغمور تقريباً.
يقدم التصنيع الصناعي فرصة رئيسية أخرى. تستخدم روبوتات الالتقاط والوضع في المصانع مشابط فراغية لنقل المكونات على طول خطوط التجميع، لكن هذه المشابط تكافح مع الأشياء غير منتظمة الشكل أو المسامية أو الرطبة. يمكن لمشبط شفط بيوميميتيكي التعامل مع نطاق أوسع بكثير من المواد والأشكال، مما يقلل الحاجة إلى حلول قبضة مخصصة لكل نوع منتج.
في الطب، يمكن للتكنولوجيا تمكين أدوات جراحية جديدة يمكنها الإمساك بالأنسجة الرطبة ومعالجتها دون إتلافها. تعتمد المقابض الجراحية الحالية على الضغط الميكانيكي، مما قد يكدم أو يمزق الأنسجة الحساسة. يمكن لمشبط قائم على الشفط يتوافق مع أسطح الأنسجة توفير معالجة آمنة مع صدمة أقل بكثير.
التوسع والمستقبل
يعمل فريق البحث الآن على توسيع التكنولوجيا لتطبيقات مختلفة. يمكن أن تخدم الإصدارات الأكبر كأنظمة تثبيت لمعدات البناء تحت الماء، بينما يمكن للإصدارات الصغيرة جداً تمكين الروبوتات الصغيرة من تسلق الجدران الرطبة أو التنقل داخل جسم الإنسان لأغراض التشخيص أو العلاجية.
ينضم كوب شفط الجلكيس إلى محفظة متنامية من التقنيات البيوميميتيكية — المواد اللاصقة المستوحاة من الجيكو والأسطح المستوحاة من جلد القرش والألياف المستوحاة من خيط العنكبوت — التي توضح كيف يمكن لملايين السنين من التطور أن تلهم حلول الهندسة التي تتجاوز التصاميم التقليدية. في هذه الحالة، وفرت أحد أقل المخلوقات جاذبية في المحيط الخطة الزرقاء لواحدة من أكثر تقنيات الإمساك قدرة.
هذا المقال يعتمد على تقارير من New Atlas. اقرأ المقال الأصلي.
