مادة خارقة العزل للصوت مستوحاة من شبكات العنكبوت

حرير العنكبوت معروف جيدًا كونه يجمع بشكل غير اعتيادي بين كُلٍّ من خفة الوزن والصلابة الهائلة معًا «وفي بعض الحالات، يكون أصلب من الفولاذ».

ونظرًا لهذه الخصائص، يقوم الباحثون بتطوير مواد مستوحاة من حرير العنكبوت لاستخدامات ممكنة مثل الملابس الدائمة خفيفة الوزن، وسترات واقية للرصاص، والمظلات.

لكن حتى الآن، لم يتم اكتشاف الخصائص الصوتيَّة لشباك العنكبوت.

ولكن في دراسة جديدة، صمَّم فريق من الباحثين من إيطاليا وفرنسا والمملكة المُتَّحدة مادة صوتيَّة خارقة «هي مادة مصنوعة من هياكل مكرَّرة بشكل دوري» تخضع لأسلوب البناء المُعقَّد لشبكة العنكبوت الغازل لكرة الحرير الذهبيَّة والمعروف أيضًا باسم «نيفيلا».

وقد كان هنالك الكثير من العمل في مجال المواد الخارقة خلال السنوات الأخيرة لإيجاد المادة الأكثر فعاليَّة في تخفيف الموجة الصوتيَّة والتلاعب بها.

وقد أخبر المؤلف المشارك (فريدريكو بوسيا- Federico Bosia) وهو فيزيائي من جامعة تورينو في إيطاليا، موقع «Phys.org»: «لقد وجدنا بأنَّ أسلوب بناء شبكة العنكبوت يجمع بين خصائص قابليَّة التغيير المرن في الحرير الشعاعي والحرير المحيطي، والذي يجعله قادرًا على تخفيف وامتصاص الاهتزازات في نطاقات تردُّد واسعة، على الرغم من كونها خفيفة الوزن».

كما وأظهر الباحثون عبر تصميم أنواع مختلفة من المواد الصوتيَّة الخارقة المستوحاة من شبكة العنكبوت، بأنَّ التصميم الجديد أكثر فاعليَّة في كبح الأصوات ذات التردُّد المنخفض وأكثر سهولة في ضبطها إلى تردُّدات مختلفة من مواد التحكُّم بالصوت الأخرى.

فهي تجمع بين خصائص التصلُّب الميكانيكي وبين عدم تجانس حرير العنكبوت. وتثبت هنا خصائص الضبط الصوتي احتماليَّة أنَّ المواد الخارقة المستوحاة من شبكة العنكبوت يمكن أن تقودنا إلى مستوى جديد من التطبيقات للتحكُّم بالاهتزازات.

وتشمل الاحتمالات حماية الجسور المُعلَّقة والأبنية من الهزَّات الأرضيَّة، والحد من الضوضاء، وأنواع التصوير بالأمواج، والكتم الصوتي.

وتنشأ المزايا الصوتيَّة لشبكة العنكبوت، على الأقل بشكل جزئي، من الدوائر المُتَّحدة بالمركز أو الحلقات الموجودة على الشبكة.

وتقوم هذه الحلقات بالرنين في تردُّد معين عندما تتعرَّض للاهتزازات، استنادًا إلى أسلوب البناء الطبيعي.

وقد قام الباحثون بتصميم المادة الصوتيَّة الخارقة لتتكوَّن من وحدات مربعة تحتوي حلقات الرنين مع أربطة داعمة تشع من مركز الحلقات نحو الخارج.

كما ويمكن إدراج التصميم ضمن الهياكل المختلفة التي يصنعها الإنسان.

فواحدة منها يمكن أن تُصمِّم عازل اهتزازات الجسور المُعلَّقة «ربما بمرونة هزة أرضيَّة» أو الهياكل المشدودة ويمكنها استثمار التصميم المقترح، فقال بوسيا: «تكرار دوري لوحدات تُشبه شبكة العنكبوت مُتَّحدة بين الجزء الرئيسي والكابلات الحاملة.

وعلى نطاق أصغر، فيمكن أن يُستخدم النوع نفسه من الهياكل لكبح الموجات في المجال الصوتي، مثل خفض الصوت الصادر عن الطريق أو السكك الحديديَّة».

والمادة الخارقة ضابطة للرنين بشكل فائق لأنَّ علم الهندسة عرفها من خلال خمسة مُتغيرات والتي هي أكثر من مجرد مواد صوتيَّة تقليديَّة وكُلٌّ من هذه المتغيرات يمكن التحكُّم به بشكل مستقل لإنتاج عدد كبير من التصاميم التي تستجيب للتردُّدات الصوتيَّة المختلفة.

ويُطلق على مجال التردُّدات التي يتم كبحها بواسطة هذه المواد فجوة الحزمة. وأظهر الباحثون هنا أنَّ المواد الخارقة المستوحاة من شبكة العنكبوت يمكن أن تمتلك فجوة حزمة واسعة، مع مجالات أوسع من قابليَّة الرنين.

كما ويخطط الباحثون في المستقبل لمواصلة التحقيق في خصائص تقليل الاهتزاز الغير عادية لشبكات العنكبوت، وكيفية الاستفادة منها في التطبيقات.

وأضاف بوسيا قائلًا: «نحن نريد دراسة الخصائص الاهتزازيَّة لبيت عنكبوت واحد (على عكس التكرار الدوري لها كما في العمل الحالي)، لمحاولة فهم ما إذا كان الهيكل يقوم بتخفيف الاهتزاز وتركيز التأثير في مواقع مختلفة، والتي هي فعَّالة لاحتياجات العنكبوت.

ونهدف بشكل عام أيضًا للنظر في تصاميم أخرى ممكنة مستوحاة من الحياة الطبيعيَّة من أجل المواد الخارقة، ربما تكون ذات أسلوب بناء هرمي، للتخفيف الاهتزازات على نطاقات تردُّد متعددة.

كما نحاول أيضًا أن نأتي بهذه الأفكار ونجعلها بمقاييس كبيرة، من أجل تطبيقات كالدروع الزلزاليَّة.

إعداد: مجد ميرو
تدقيق: هبة فارس
المصدر