إذا رأيت حبيبات الرمل تتدحرج صعودًا على التلال، قد تعتقد أنك تشاهد فيلمًا من إخراج كريستوفر نولان. اكتشف العلماء مؤخرًا كيف يمكن صنع مادة مشابهة للرمل تتدفق إلى أعلى المنحدرات دون الحاجة إلى الرجوع في الزمن.
صمم باحثون من جامعة ليهاي في الولايات المتحدة جزيئات صغيرة تسمى “المايكرو رولرز” بواسطة تغطية حبيبات صغيرة من البلاستيك بأكسيد الحديد.
تبين أن تنشيط مجال مغناطيسي دوار بالقرب من تل مائل من هذه الجزيئات قد يفرض قوة دوران أو عزم دوران على كل مايكرو رولر فردي. بالإضافة إلى الجذب المتقلب بين الحبيبات، تمكن “الرمل” من الاندفاع صعودًا على التلال وتخطي العقبات متحديًا جاذبية الأرض.
قال المهندس الكيميائي والجزيئي الحيوي جيمس غيلكريست: «باستخدام المعادلات التي تصف تدفق المواد الحبيبية، تمكنا من إظهار أن هذه الجزيئات كانت تتحرك بالفعل مثل المادة الحبيبية، باستثناء أنها كانت تتدفق صعودًا».
كانت العملية غير متوقعة لدرجة أن الباحثين اضطروا إلى ابتكار مصطلحات جديدة لوصفها. يشير تدفق حبيبات الرمل صعودًا إلى زاوية انزلاق سلبية، وهي زاوية يسببها معامل الاحتكاك السلبي الذي في الواقع يعزز الحركة بدلًا من إبطائها كما يحدث عادةً.
عندما يطبق عزم دوران مغناطيسي على المايكرو رولرز، فإنها تتدحرج حول محاورها، ما يجبر الجزيئات على التجمع مؤقتًا والعمل معًا. يسمح هذا الدوران والانسجام الناتج للحبيبات بالصعود إلى المنحدرات.
يقول الباحثون أن مجالًا مغناطيسيًا أقوى يعني وجود مزيد من الانسجام، ما يتيح للحبيبات الالتصاق أكثر والتحرك بسرعة أكبر. ولا يمكن تحقيق هذه الآثار الجماعية إذا كانت حبيبات الرمل تعمل ببساطة باستقلالية.
ما يزال البحث في مرحلة مبكرة، لكن توجد استخدامات محتملة عديدة له: فكر في العلماء الذين يمكنهم التحكم في طريقة اختلاط المواد أو فصلها. يمكن استخدام هذا النهج أيضًا في مجال الروبوتات الميكروية، مثلًا في إيصال الدواء.
كل ذلك قد يكون في المستقبل، لكن الفريق لديه أفكار قوية حول ما يجب التعامل معه بالاستفادة من اكتشافهم – وقد بدأوا العمل على بناء سلم صغير لحبيبات الرمل الغريبة التي تتنقل بطريقة غريبة بالفعل لتمكنها من الصعود.
تركز هذه الورقة الأولى فقط على كيفية تدفق المادة صعودًا، لكن أوراقنا القادمة ستطرح تطبيقات متعددة، وجزء من هذا الاكتشاف هو الإجابة على السؤال التالي: هل يمكن لهذه المايكرو رولرز تسلق العقبات؟
يقول جيلكريست: «الإجابة هي نعم، نحن ندرس هذه الجزيئات دراسةً مكثفة، ونؤدي تجارب مختلفة بشأن معدلات الدوران المختلفة وكميات مختلفة من القوة المغناطيسية لفهم تموج حركتهم المشتركة».
نُشر البحث في مجلة “Nature Communications”.
اقرأ أيضًا:
الكثبان الرملية في المريخ تتحرك بطريقة غريبة
ترجمة: حمداش رانية
تدقيق: هزار التركاوي
