فك دودة يُلهم الباحثين في تغيير شكل أجهزة الاستشعار جذريًّا

طوّر الباحثون مادة جديدة يمكن أن تتكيف مع البيئات المتغيرة وهي مستوحاة من قوة فكي دودة بحرية، وعلى الرغم من احتواء الفك على مادة هلامية فإنه قوي مثل المعادن المتكلسة الموجودة في الأسنان البشرية، ويمكن استخدام هذه المواد لصنع الأجهزة التي تعمل كعضلات في الروبوتات اللينة أو أجهزة الاستشعار المستقلة التي لا تحتاج إلى إمدادات الطاقة الخارجية.

ودرس الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا كيف يتكيف فك دودة نيرس البحرية مع البيئات المتغيرة، وتختبئ دودة نيرس عادة في الرمل الرطب والطين ويشار إليها عادة باسن دودة الرمال، ويضم فك الدودة نسيجا مماثلا للجلاتين ولكن إذا تغيرت البيئة يصبح صلبا، حيث تصبح مادة الهيدروجيل صلبة أو مرنة وفقا للبيئة تماما مثل فك الدودة.

وأضاف الدكتور فرانسيسكو مارتن مارتينيز الباحث في الهندسة الكيميائية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومؤلف مشارك في الدراسة: "فك دودة نيرس يتكون من بروتين يحتوي على كميات كبيرة من الهستيدين، وهو حمض أميني يتفاعل مع أيونات البيئة ويجعله أكثر مرونة أو أقل اعتمادا على البيئة التي يجد نفسه فيها"، ووجد الباحثون أن الأحماض الأمينية في البروتين ترتبط بقوة بأيونات المعادن في البيئة، والتفاعل بينهما يغير الشكل العام للبروتين، ولكن عندما تتغير الظروف البيئية مرة أخرى تنعكس هذه الروابط وتنكسر ويتغير شكل البروتين ويصبح أكثر مرونة مرة أخرى.

وقال الدكتور مارتن مارتينيز "عندما نغير أيونات البيئة وتركيز الملح، تتوسع المواد تتوسع أو تنكمش"، ولذلك بناء على الأيونات ومستويات درجة الحموضة في البيئة تتسع مواد البروتين أو تنكمش في نمط هندسي مختلف، ووجد الباحثون أن المواد تتغير وإما تتخذ شكلا لولبيا أو شكل القذيفة عندما تتغير مستويات الرقم الهيدروجيني، ويتم تعزيز بنية البروتين على وجه الخصوص عندما تحتوي البيئة أيونات الزنك وبعض مستويات الرقم الهيدروجيني، وأنشأ الباحثون نموذجا قادرا على التنبؤ بالسلوك الميكانيكي للمادة في بيئات مختلفة، واستخدم الباحثون محاكاة الحواسيب الفائقة، لمعرفة تصرف المركب وتطوره وتصميم هيكله الجزيئي.

ويمكن استخدم المادة المبتكرة في تطوير الروبوتات اللينة وأجهزة الاستشعار والهياكل المستقلة، وبيّن الدكتور تشاو تشين الباحث في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف المشارك في الدراسة: "تتطلب معظم الروبوتات الناعمة إمدادات الطاقة لدفع الحركة والتحكم في الأجهزة الإلكترونية المعقدة، ويقدم عملنا على تصميم مواد متعددة الوظائف مسار للتحكم مباشرة في الأشياء المادية دون أجهزة إلكترونية"، وأشار الدكتور مارتن مارتينيز إلى أن تطوير المادة تم بالتعاون مع مختبر أبحاث سلاح الجو الأميركي (AFRL)، ويعتقد الدكتور مارتينيز أن "التعامل مع معظم المشاكل من خلال التكنولوجيا يتم بطريقة أفضل بكثير مما يمكن أن نتطوره نحن البشر، لذلك كان هذا بالنسبة إلينا مصدر إلهام كبير".