من هش إلى قابل للانحناء: السيراميك المطبوع بتقنية الأوريغامي ثلاثية الأبعاد

طبع باحثون في جامعة هيوستن بنية خزفية ثلاثية الأبعاد مستوحاة من طيّات أوريغامي «ميورا-أوري»، ثم غلّفوها بطبقة سيليكون عالية المرونة. في اختبارات المختبر، تحمّلت البنية المغلّفة الضغط بصورة أفضل وأصبح فشلها تدريجياً بدلاً من الانكسار المفاجئ. هذه نتيجة على نماذج بحثية، وليست إثباتاً لمنتج إنشائي أو طبي جاهز للاستخدام.

لماذا يُستخدم تصميم الأوريغامي مع الخزف؟

تقاوم مواد خزفية كثيرة الحرارة والتآكل، لكنها قد تكون هشّة وتنكسر فجأة تحت الحمل. يهدف نمط الطيات المتكرر إلى توجيه التشوه وانتشار الشقوق، بحيث لا يؤدي ظهور شق واحد بالضرورة إلى انهيار كامل. وتختلف استجابة بنية ميورا-أوري باختلاف اتجاه القوة المؤثرة فيها.

استخدم الباحثون بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان، المعروف اختصاراً بـPDMS، لتغليف البنية. وهو مطاط سيليكون مرن قد يساعد على إبقاء الأجزاء المتشققة متماسكة. وقارنوا بين عينات مغلّفة وأخرى غير مغلّفة. لا تعني النتيجة أن المادة الخزفية نفسها تحولت إلى مادة طرية؛ إنما تحسّن أداء البنية المركبة.

المصدر: مختبر جامعة هيوستن

ماذا أظهرت الاختبارات؟

أجرى الفريق اختبارات ضغط بطيئة ومتكررة في ثلاثة اتجاهات متعامدة. وفحص أنماط الكسر بالمجهر الضوئي والإلكتروني وقارن النتائج بمحاكاة العناصر المحدودة. أظهرت العينات المغلّفة متانة أعلى من غير المغلّفة في الاتجاهات المختبرة. وكان أكبر تحسن في الاتجاه الأقل صلابة، ما يوضح أهمية اتجاه الحمل عند تصميم أي مكوّن عملي.

التطبيقات المحتملة وحدود الدراسة

ذكر مؤلفو البحث الأطراف الاصطناعية وغيرها من التطبيقات الطبية بوصفها مجالات محتملة. ويمكن دراسة الفكرة أيضاً في الروبوتات والطيران والبناء، لكن الدراسة لم تختبر منتجات مكتملة في هذه القطاعات. يلزم تقييم التوافق الحيوي للمنتج النهائي ومتانته طويلة الأمد وقابلية تصنيعه على نطاق واسع. ولا يثبت البحث أن طرحه تجارياً سيتم خلال خمس سنوات.

نُشر عمل فريق محمد إم. رحمن ومحمد شاجدول حق ثاكور في مجلة Advanced Composites and Hybrid Materials. تطوّر شركة SINTX Technologies منتجات خزفية، منها ما يعتمد على نتريد السيليكون، لكنها لم تشارك في هذا البحث عن الأوريغامي.

SINTX Technologies (SINT) (SINT )

أحدث أخبار SINTX Technologies

المرجع: Thakur, M. S. H. وآخرون، «Macroscale ceramic origami structures with hyper-elastic coating»، Advanced Composites and Hybrid Materials 8، 226 (2025). doi:10.1007/s42114-025-01284-3.