خطوة نحو تصميم مواد غير مرئية

قام فريق علمي دولي يتألف من مختصين في الجامعة الوطنية للأبحاث التكنولوجية "ميسيس" الروسية وجامعة تورينو للعلوم التطبيقية، بتصميم نموذج من ما يسمى بالمادة الخارقة الجديدة، التي من شأنها تحسين دقة عمل المستشعرات النانوية في مجال البصريات والطب الحيوي من خلال إخفائها عن الإشعاع الخارجي.

وفي هذا السياق أفاد المكتب الصحفي لجامعة ميسيس بأن عملية تصميم نموذج لمادة خارقة جديدة، التي تخفي المستشعرات النانوية، تجري في إطار مشروع "ANASTASIA" الروسي الإيطالي، والذي يهدف إلى نمذجة ومن ثم إعادة إنشاء هذه المادة الخارقة، التي من شأنها أن تسمح في جعل الأشياء غير مرئية على مستوى النانو في جميع نطاق الموجات الترددية. وفي هذا الإطار تم نشر نتائج الدراسة في المجلة العلمية المرموقة Scientific Reports.

حالياً يتمتع العلماء في جميع أنحاء العالم بخبرة لا يستهان بها في مجال تصميم مواد وأشياء تتسم بالشفافية ضمن نطاق ضيق من الإشعاع، والتي تخفي الأشياء فقط من زاوية معينة. وبالتالي فإن المهمة التي تواجه المشاركين في مشروع "ANASTASIA" تكمن في تعميم تجربة تصميم مثل هذه البنى ووضع نظرية يمكن من خلالها محاكاة، ومن ثم إنشاء مواد قادرة على إخفاء الأشياء من أي زاوية كانت وفي نطاق واسع من الترددات.

وفي هذا الإطار أشارت، أنار أوسبانوفا، طالبة الدراسات العليا في مختبر "المواد الخارقة فائقة التوصيل" من جامعة ميسيس وكذلك المؤلفة الرئيسية للمقال العلمي قائلة "إن إخفاء كائن كبير هو في الواقع أسهل بكثير من إخفاء كائن صغير. هناك تقنيات مختلفة للتمويه وتكنولوجيا ستيلس، ولكن عندما نتعامل مع أشياء بقياس النانو- على سبيل المثال أبر الاستشعار في الطب الحيوي والفيزياء، يزداد الوضع تعقيداً. عادة تتناسب أحجام مستشعرات النانو مع أحجام الأشياء التي يجري عليها البحث، ولهذا عندما يتم دمجها في البيئة، تؤثر عليها تأثيراً كبيراً: تغير الضغط فيها وتبعثر الإشعاعات ويصبح من الصعب فهم أين هي خصائص الإبرة وأين الكائن بحد ذاته. نحن قررنا إخفاء الإشعاع عن المستشعر النانوي، وبالتالي نكون بذلك قمنا بتحسين دقة عملها".

إن العنصر الأساسي للمادة الخارقة الذي تمت نمذجته من قبل الباحثين في هذه الدراسة العلمية ما يسمى "بجزيء الخارق" يتكون من أربع إسطوانات عوازل من الليثيوم بقطر يساوي خمسة ميكرون. ومن خلال تشكيل نوع من غلاف للمستشعر النانوي، تتفاعل العوازل مع الإشعاع وتظهر بالتالي حالة تسمى anapole، ونتيجة لذلك يصبح الكائن غير مرئي للمراقب الخارجي.

وقد استخدم العلماء في حساباتهم موصل معدني نصف قطره 2.5 ميكرون، يحاكي مستشعر نانوي ويتمتع بموجة عالية جداً من التشتت، مما يتيح بتنفيذ العمليات الحسابية لأعلى مستوى ممكن من الإشعاع. علماً أن النمذجة تمت في نطاق تيراهيرتز ضمن نطاقات الأشعة تحت الحمراء والفرط الترددية.

وبحسب قول الدكتور ألكسي بشارين رئيس مشروع ANASTASIA  من جانب جامعة ميسيس، فإن المادة الخارقة التي تم تصميمها تتمتع بآفاق التطبيق العملي في مجال الطب الحيوي، على سبيل المثال من خلال الاستخدام بصفة غطاء متوافق مع كلوريد البوتاسيوم للجسم البشري.

وفي هذا الصدد أشار ألكسي بشارين قائلاً: "هناك عدد من الحالات تحتاج في أن لا يكون هناك تفاعل بين الكائن والضوء — على سبيل المثال لدى إيصال الدواء على مستوى النانو. إذ أن هدفنا النهائي هو تصميم جزيء خارق يتم فيه لقاء بين التشتت الناجم عن الكائن وعن غطائه، وبذلك تتم عملية تحييد بعضها البعض وجعل الكائن غير مرئي في نطاق الموجة ذات الصلة".

من المقرر إجراء المرحلة التالية من الدراسة المتعلقة بالتصميم التجريبي للبنية المقترحة في المختبر، في خريف عام 2018.