ابتكر باحثون من كندا نوعا جديدا من الزجاج، قد يضع كلمة “النهاية” لمشكلة تحطم شاشات الهواتف الذكية المؤرقة لأصحابها، وذلك لأنه أكثر مقاومة للكسر بخمس مرات من الزجاج القياسي.
وأوضح الباحثون من جامعة ماكغيل في مونتريال في دراستهم المنشورة في دورية “Science” أن المادة هي مزيج من الزجاج والأكريليك، التي “توفر مزيجا من القوة والمتانة والشفافية”.
كما أشاروا إلى أن الزجاج الأقوى والأكثر صرامة مستوحى تصميمه من الطبقة الداخلية من أصداف الرخويات، والمعروفة أيضا باسم “أم اللؤلؤ”، والتي تشبه جدارا من طوب الليغو المتشابك على المستوى المجهري.
وأفاد الباحثون أنه على الرغم من كون المادة مصنوعة من الزجاج، إلا أنها تتمتع بمرونة تشبه إلى حد كبير البلاستيك، ولا تتحطم عند الاصطدام.
ويؤكد الأستاذ المشارك في قسم الهندسة الحيوية بجامعة ماكغيل، ألين إرليشر أنه “من المثير للدهشة أن الصدف يتمتع بصلابة مادة صلبة ومتانة من مادة ناعمة.
وتابع: “إنه مصنوع من قطع صلبة من مادة تشبه الطباشير مغطاة ببروتينات طرية عالية المرونة، وينتج هذا الهيكل قوة استثنائية، مما يجعله أقوى 3000 مرة من المواد التي يتكون منها”.
ولفت إلى أن “مادتنا الجديدة ليست أقوى ثلاث مرات من الزجاج العادي فحسب، بل إنها أكثر مقاومة للكسر بأكثر من خمس مرات”.
وأوضح فريق البحث العلمي أن خطواتهم التالية تتمثل في تحسين الزجاج غير القابل للكسر، من خلال دمج التكنولوجيا الذكية التي تسمح للزجاج بتغيير خصائصه، مثل اللون والميكانيكا والتوصيل.
تجارب يابانية سابقة
وقبل أشهر تمكن علماء من الوصول إلى نوع مماثل من الزجاج الصلب، عن طريق تسخين الزجاج إلى درجة عالية جدا، ثم إضافة نوع من الفلزات القوية، ثم تركها تبرد ليصبح أمامنا زجاج أقوى من الفولاذ يمكن استخدامه في بناء ناطحات السحاب أو صناعة شاشة الهواتف الذكية والحواسيب اللوحية والمحمولة.
واستعان مجموعة من العلماء اليابانيين بأحد مركبات الألمونيوم، التي يمكن إضافتها إلى الزجاج من دون أن تؤثر على شفافيته، وتزيد قوته بصورة كبيرة، بحيث يصبح أقوى حتى من الفولاذ.
واستخدم الباحثون مادة الألموينا، وهي نسخة مؤكسدة من الألومنيوم، والتي تمتلك بعضا من أقوى الروابط الكيميائية على وجه الأرض.
وتعمل الفرضية البحثية التي تم تطبيقها، على أن مزج مادة الألموينا مع الزجاج سيخلف وراءه مادة جديدة فائقة القوة، ولكن النتائج كانت مذهلة بالنسبة لهم، لأن المادة الجديدة كانت أقوى مما تصوروا بكثير.
محاولات فاشلة
ومرت مراحل تصنيعهم للزجاج الأقوى من الفولاذ، بعدد من المحاولات الأخرى الفاشلة، حيث تشكلت في أول مرة تم تطبيق التجربة فيها بلورات ضبابية من ثاني أكسيد السيليكون على سطح الزجاج، بحيث بات الزجاج غير شفاف، ولا يمكن اعتباره زجاجا، بل بات مادة أخرى جديدة، وإن كانت قوية، لكن يعيبها أنها ليست شفافة.
وحاول الباحثون مجددا العثور على طريقة لتكوين طبقة ثاني أكسيد السيليكون تلك، حيث طوروا طريقة إنتاج أطلقوا عليها اسم “الارتقاء الديناميكي الهوائي”، والتي كانت ناجحة بصورة مذهلة.
شهبا برس – وكالات
اقرأ أيضاً: مهندسون يابانيون يحطمون الرقم القياسي لسرعة الانترنت.. 319 تيرابت في الثانية
في ظل التطور التكنولوجي السريع الذي الحاصل خلال السنوات الأخيرة، هناك تطور غير مسبوق كذلك في تقنيات الاتصال السلكي واللاسلكي، حيث قام مجموعة من الباحثين في المعهد الوطني الياباني لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات NICT من تحقيق رقم قياسي جديد لسرعة الإنترنت بمعدل بلغ 319 تيرابت في الثانية. وفقًا لورقة تم تقديمها في المؤتمر الدولي لاتصالات الألياف الضوئية في يونيو الماضي.
ويمكن بهذه السرعة الخارقة تحميل أكثر من 7 آلاف فيلم عالي الدقة في ثانية واحدة فقط، هذا وفقا لما ذكر في موقع “إنغيدجت”.
وتم تسجيل الرقم القياسي الجديد على خط من الألياف يبلغ طوله أكثر من 3000 كم (1864 ميل). وهو متوافق مع البنية التحتية للكابلات الحديثة.
السرعة التي حققها الخبراء اليبانيون هي ما يقارب ضعف الرقم القياسي السابق البالغ 178 تيرابايت/ثانية، والذي تم تسجيله في عام 2020. وهو أسرع بسبع مرات من الرقم القياسي السابق البالغ 44.2 تيرابايت/ثانية، مع شريحة ضوئية تجريبية.
ناسا نفسها تستخدم سرعة بدائية نسبية تبلغ 400 جيجابت / ثانية، والسجل الجديد يرتفع بشكل مستحيل أعلى مما يمكن أن يستخدمه المستهلكون العاديون (أسرعها يصل إلى 10 جيجابت / ثانية لاتصالات الإنترنت المنزلية).
آلية العمل
تم الوصول إلى هذا الإنجاز باستخدام البنية التحتية للألياف الضوئية الموجودة بالفعل (ولكن مع بعض الوظائف الإضافية المتقدمة). استخدم فريق البحث أربعة “نوى”، وهي عبارة عن أنابيب زجاجية موضوعة داخل الألياف التي تنقل البيانات، بدلاً من النواة التقليدية.
ثم يتم تقسيم الإشارات إلى عدة أطوال موجية يتم إرسالها في نفس الوقت، باستخدام تقنية تُعرف باسم مضاعفة تقسيم الطول الموجي (WDM). لحمل المزيد من البيانات، استخدم الباحثون “نطاقًا” ثالثًا نادرًا لتمديد المسافة عبر العديد من تقنيات التضخيم البصري.
يبدأ النظام الجديد عملية الإرسال باستخدام ليزر منشط ذي 552 قناة يتم إطلاقه بأطوال موجية مختلفة.
ثم يتم إرسال هذا من خلال تعديل الاستقطاب المزدوج، بحيث تذهب بعض الأطوال الموجية قبل الأخرى، لتوليد تسلسلات إشارات متعددة يتم توجيه كل منها بدوره إلى أحد النوى الأربعة داخل الألياف الضوئية.
وتنتقل البيانات المرسلة عبر هذا النظام عبر 43.5 ميلاً (70 كم) من الألياف الضوئية ، حتى تصل إلى مكبرات الصوت الضوئية لتعزيز الإشارة لرحلتها الطويلة.
ولكن هناك المزيد من التعقيد فالإشارة تمر من خلال نوعين جديدين من مضخمات الألياف، أحدهما مخدر في الثوليوم، والآخر في الإربيوم، قبل أن يستمر في طريقه، في عملية تقليدية تسمى Raman amplificatio.
بعد ذلك، يتم إرسال تسلسل الإشارات إلى جزء آخر من الألياف الضوئية ، ثم تتكرر العملية بأكملها ، مما يتيح للباحثين إرسال البيانات على مسافة مذهلة تبلغ 1,864.7 ميل (3,001 كم).
وتمتلك الألياف الضوئية رباعية النواة الجديدة نفس القطر مثل الألياف أحادية النواة التقليدية ، بمعنى آخر ، سيكون دمج الطريقة الجديدة في البنية التحتية الحالية أبسط بكثير من الإصلاحات التكنولوجية الأخرى لأنظمة المعلومات المجتمعية.
