קשקשים: לא בעיה אלא פתרון

מאת אופיר מרום

קשקשי דגים מהווים השראה לייצור חומרים חזקים וגמישים.

גוף הדג המכוסה קשקשים מהווה דוגמא אלגנטית לאופן שבו הטבע מתמודד עם הצורך ליצור מערכות שהן קלות, קשיחות וגמישות גם יחד. עם אותה בעיה בדיוק מתמודדים מהנדסים ומדענים שנדרשים לתכנן יחידות שיגנו על כלי רכב או בני אדם ולכן זה אך "טבעי" לנסות לייצר את אותו פתרון באופן מלאכותי. כאן בדיוק נכנס לתמונה סטפן רודיך, פרופסור-משנה בפקולטה להנדסת אוירונאוטיקה וחלל בטכניון. פרופסור רודיך מתמחה ביצירת חומרים מרוכבים ורכים. עבודותיו הראשונות של רודיך היו תיאורטיות בלבד. הן בחנו באופן אנליטי את התנהגותם של חומרים אקטיביים, שמשנים את תכונותיהם בעקבות גירוי חיצוני, ושל חומרים שהמבנה המיוחד שלהם מאפשר לבצע מניפולציות על גלי קול. בנוסף, אפיינו רודיך ושותפיו את מנגנון ההגנה שיש לדג בעל קשקשים קשיחים השקועים בתוך הרקמות הרכות. עבודת המחקר התאורטית הניבה כללים המאפשרים לתכנן וליצור חומרים גמישים בעלי עמידות משופרת. אם העבודה הייתה מתבצעת לפני מספר לא רב של שנים, אולי היא הייתה נעצרת כאן. אולם, ההתקדמות הטכנולוגית שהביאה אתה מהפכת מדפסות התלת ממד אפשרה לרודיך להתקדם צעד נוסף עם המחקר ולבדוק את הממצאים התיאורטיים שלו במציאות.

                                   תמונה מאת cc2.5 Piet Spaans 

,
בעבודה שממצאיה התפרסמו לאחרונה במגזין המדעי Soft Matter מתאר רודיך את תכונותיו של החומר החדש שיצר במעבדתו. בדומה למבנה של גוף הדג, החומר החדש נוצר משילוב של שני חומרים. הראשון חומר רך וגמיש והשני קשיח ועמיד. שני החומרים הודפסו, בהדפסה תלת ממדית, בשכבות, אחד על גבי השני לסירוגין. במהלך הניסויים נבחן כיצד הגיאומטריות השונות של השכבות משפיעות על תכונותיו של החומר החדש. התוצאות הראו שבאמצעות טכניקת הייצור החדשה ניתן להגדיל את חוזק החומר עד פי 40 על חשבון ירידה של רק פי 5! בגמישות. גמישות וחוזק נחשבות באופן מסורתי כתכונות מנוגדות שבאות אחת על חשבון השנייה. בעבודה הנוכחית מציג רודיך שע"י שילוב נכון של שני חומרים שונים ניתן באופן פשוט יחסית לשפר את חוזק החומר מבלי לגרוע באופן משמעותי מגמישותו. השיטה תוכל לאפשר בעתיד ליצור חליפות מגן קלות בעלות גמישות באזור המפרקים ובאותו הזמן בעלות קשיחות גבוה להגנה משופרת לשאר חלקי הגוף. בשלב הבא מתכנן רודיך לבחון את עמידות החומר החדש באופן דינאמי כנגד עצמים שיפגעו בו במהירות כמו קליעים או רסיסים.

בניסוי זה נבחן שילוב של שני חומרים ספציפיים בין היתר משיקולים טכניים. אין ספק שהממצאים של מחקר זה פותחים צוהר לעולם חדש של אפשרויות. ככל שטכנולוגית מדפסות תלת הממד תשתפר, כך ניתן יהיה ליצור חומרים שמותאמים אישית לכל יישום. במידה מסוימת, ניתן לומר שעבודה זו ייחודית בנוף הביומימקרי. לרוב תהליך היצירה דורש עבודה משלובת של אנשים מאסכולות שונות. כאן, הנגישות הגבוה של ייצור מודלים באמצעות מדפסות תלת ממד אפשרה לחוקר לממש ולבחון במהירות תובנות שהושגו ממחקר מדעי אקדמאי של עולם החי.

למקור הידיעה