قوة الشعر مصدر إلهام لمواد جديدة قد تكون درعًا للجسم

في دراسة جديدة بجامعة كالفورنيا تحرى الباحثون عن الأسباب التي تجعل الشعر قويًا وغير قابل للكسر. فالشعر يمتلك قوة –بالنسبة للوزن- تعادل تقريبًا تلك التي يمتلكها الفولاذ، فيمكنها التمدد بحوالي مرة ونصف من طولها الاصلي قبل أن تكسر، فهذه الدراسة تبحث عن آلية هذه الخاصية غير الاعتيادية، يقول البروفسور في الهندسة الميكانيكية في جامعة كالفورنيا مارك ميَر: «الطبيعة تكون العديد من المواد والتصاميم بطريقة بارعة جدًا، ونحن مهتمون بفهم العلاقة بين بنية المادة وخصائصها البيولوجية لتطوير المواد الصناعية وتراكيبها وذلك باعتبار المواد الطبيعية أساسًا لهذا».

وفي دراسة نشرت في مجلة علوم المواد والهندسة، تفحص الباحثون على مستوى النانو كيف تتصرف ضفيرة من شعر الانسان عندما تتجعد، أو تكون مشدودة.

وجد الباحثون أن الشعر يتصرف بطريقة مختلفة بحسب سرعة الشد، فإذا كان شد الشعر سريعًا، فإنه يبقى قويًا ولا يتمدد، ويشرح البروفسور ميَر ذلك بقوله: «إنه يتصرف تماما كالمواد ذات اللزوجة العالية كالعسل في العلبة مثلا فإذا حركتها بسرعة سيبدو وكأنه صلب ولن يتحرك ولكن إذا تحرك ببطء فإنه سيتدفق بانسيابية».

تتكون الشعرة من جزأين رئيسيين: القشرة والتي تتكون من لييفات متوازية، بالإضافة إلى القالب أواللب والذي يمتلك تركيبا عشوائيا، يكون اللب حساسًا لسرعة تحريك الشعر على عكس القشرة، وبفضل هذين الجزأين يستطيع الشعر تحمل الضغط والشد. فعند شد الشعر فإن هيكلية الشعرة تتغير بطريقة معينة.

فقشرة الشعرة تتكون من آلاف السلاسل الملفوفة والحلزونية الشكل تسمى سلاسل ألفا الحلزونية، فعند شد الشعر تفتح هذه السلاسل الملفوفة وتصبح بشكل مستوي تسمى أوراق بيتا، إن هذه التغيرات في التركيب تسمح للشعر بالتعامل مع العديد من التغيرات من شد وضغط دون تعرضها للكسر. إن هذه التغييرات هي تغييرات مؤقتة فعند شد الشعر قليلا ثم تركه، يعود إلى حالته الطبيعية.

أما إذا كان الشد بقوة فإن ذلك يؤدي إلى تغييرات دائمة.
كما أجرى الباحثون اختبارات لشد الشعر في مستويات رطوبة ودرجات حرارة مختلفة، فعند ارتفاع مستوى الرطوبة يمكن للشعرة تحمل تغيير في الشكل بحوالي 70% – 80% قبل أن تكسر، فالماء أساسًا يلين الشعر حيث يدخل إلى قالب الشعرة (لب الشعرة) ويكسر الروابط الكبريتية التي تربط اللييفات داخل الشعرة، كما وجد الباحثون أن الشعر يبدا بالتعرض لتغيرات دائمة عند درجة حرارة 60 سيليزية وبزيادة درجة الحرارة فإن الشعر يتكسر بسرعة أكبر وقوة شد أو ضغط أقل.

مايزال الفريق يواصل البحوث لمعرفة الآلية التي تجعل الشعر يعود إلى شكله الأصلي بعد غسله بالماء.

ترجمة بشار الجميلي
تدقيق: محمد نور
المصدر
مصدر 2:
Yang Yu, Wen Yang, Bin Wang, Marc André Meyers. Structure and mechanical behavior of human hair. Materials Science and Engineering: C, 2017; 73: 152 DOI: 10.1016/j.msec.2016.12.008