جابجایی مرزهای هنر با مهندسی مواد!

مرد پیاده و تنها، لرد ولدمورت، آتشفشان فعال و بسیاری آثار هنری دیگر… که از کلوزآپ مواد پدید آمده اند!

شاید برای‌تان عجیب باشد اما مهندسی و علم مواد، در ابتدای پیدایش خود به عنوان «هنر» شناخته می‌­شد! از «تکنیک‌های شکل دادن فلزات جنگی» گرفته تا «انتخاب مواد مناسب برای ساخت مجسمه‌هایی باشکوه»؛ همگی آمیخته با استعداد هنری بشر بوده‌اند. شاید زمان زیادی از آن دوران گذشته باشد و امروز همۀ ما گمان کنیم هنر تنها در سینما یا نقاشی خلاصه می‌شود. اما آن‌چه هر ثانیه در خطوط تولید ریخته‌گری یا جوشکاری مشاهده می‌شود، چیزی جز هنر نیست. مشهود است که بدون به خرج دادن سلیقه و وسواس هنر در مهندسی مواد، محصول تولیدی نهایی مطلوب نخواهد بود.

امروزه مهندسین و محققین این عرصه، روزانه تصاویر و اختراعاتی ارائه می­‌دهند که نه تنها تفاوتی با آثار برجسته­ هنری ندارند؛ بلکه با توجه به سرچشمۀ طبیعی‌شان، می­‌توان گفت ارزش هنری والاتری دارند. در این مقاله قصد داریم به بررسی برخی تصاویر و محصولاتی بپردازیم که در حوزه مهندسی مواد تولید شده و سر و صدای زیادی به پا کرده‌اند. اشتباه نکنید! منظورمان سر و صدای علمی نیست. این تصاویر و یافته‌ها آن­ قدر از لحاظ زیبایی شناختی ارزشمندند که بدون شک می‌توان آن‌ها را آثار فاخر هنری دانست.

یک پیاده­‌روی طولانی

تصویر زیر شاید شاهدی بر این مدعا باشد که «بعضی عیوب زیباترند»! ممکن است در نگاه اول گمان کنید به یک تابلوی نقاشی زیبا چشم دوخته‌اید؛ اما این‌طور نیست! تصویر زیر نمای نزدیک یک نقص در ساختار هسته-پوسته­ (CORE-SHELL) ماده «کلاژن» را نشان می‌دهد. پروتئین معروفی که در مو، ناخن و پوست یافت می­‌شود. در این ساختار از کلاژن به عنوان پوسته و از «ژلاتین» به عنوان هسته استفاده شده است.

جالب است بدانید «دنیل فارستی» دانشجوی پسادکترای دانشکده مهندسی مواد دانشگاه هاروارد، به طور اتفاقی با این تصویر مواجه شد. مطمئنا او گمان نمی‌کرد با ذخیره این تصویر بتواند جایزه اول «علم به عنوان هنر» را برنده شود. (جایزه SCIENCE AS ART هر ساله در دانشگاه بوستون اجرا می شود.)

محققان امیدوارند روزی بتوانند با استفاده از این ساختار هسته-پوسته، بافت‌های انسانی پیچیده مانند رگ‌های خونی یا کیسه‌های ترشحی مو را در آزمایشگاه بسازند. ممکن است آشکار شدن تصویر این انسان تنها در این ماده نشانه ای باشد از به حقیقت پیوستن این آرزو! خدا را چه دیدید…

لرد ولدمورتِ نانومقیاس!

حتما «لرد وُلدمورت» شخصیت شرور سری فیلم‌های هری پاتر را به یاد دارید. اگر به یاد ندارید، تصویر میکروسکوپی لایه نازک تیتانیوم-کربن، به شما کمک خواهد کرد! این تصویر SEM، از ساختار دوبعدی حاصل از اچ شیمیایی نانوساختار آلومینیوم و کاربید تیتانیوم حاصل شده است. این ساختارهای دوبعدی نوظهور، MXen نامیده می‌شوند و به زودی قرار است کاربردهای زیادی در باتری‌ها پیدا کنند.

«آرمین وحید محمدی»، دانشجوی کارشناسی‌ ارشد مهندسی مواد در دانشگاه آلاباما، زمانی که این تصویر را مشاهده کرد، به نظرش چیزی جز ذره ­ای کوچک شبیه به سر یک مار کبرا نبود. اما پس از آن، وقتی شروع به رنگ کردن تصویر کرد، متوجه شباهت این ساختار به شخصیت «اسمشو نبر» در داستان های هری پاتر شد. سپس او علاوه بر اضافه کردن رنگ، تصمیم گرفت روشنایی و کنتراست تصویر را نیز افزایش دهد و اشاراتی از چشم‌ها و دندان‌ به آن اضافه کند. جالب اینجاست که یکی از طرفداران بزرگ داستان‌های هری پاتر، در کامنتی به آرمین گفته امیدوار است ذره دیگری پیدا شود که شبیه شخصیت های دیگری از سری هری پاتر باشند. (شاید این طرفدار انتظار دارد در آینده تصویری از «دامبلدور» با ریش های بلندش را در مقیاس میکروسکوپیک مشاهده کند!)

دیواره هایی از آب

ساختاری که روی این سکه استرالیایی در تصویر مشاهده می­‌کنید، به دلیل اعمال خاصیت فوقِ آب­‌گریز (SuperHydrophobic) به وجود آمده است. این پوشش از ذراتی شن­ مانند ساخته شده ‌است، که توسط شبکه پلیمری پشتیبانی می‌شوند. این شبکه‌ها در مقیاس مولکولی به هم بافته شده‌اند؛ به همین دلیل، سبب به وجود آمدن دیواره‌هایی از آب می‌شوند که خاصیت آینه ‌ای دارند.

چهره­‌ی خوشحال «ویلیام وونگ» دانشجوی کارشناسی‌ ارشد در آزمایشگاه تحقیقات نانوتکنولوژی در دانشگاه ملی استرالیا در کانبرا در این قطره آب مشخص است. جالب است بدانید این قطره آب بر روی لایه‌ای از هوا قرار گرفته است. معمولا در تحقیقات حوزه نانوتکنولوژی این لایه‌ی هوا بالاتر از پوشش آب گریز اعمال شده به وجود می آید. به عقیده ویلیام وونگ، این پوشش­ ها در سلول‌های خورشیدی تمیز کننده، بسته‌بندی های یک‌بار مصرف و محافظ صفحه نمایش برای تلفن‌ها کاربرد فراوانی خواهند داشت.

قلب یک آتشفشان

همواره حین فرایند تولید فلزات، اتفاقات خارق العاد‌ه ای ممکن است بیفتد. مثلا همین ذره­‌ی سرگردان گرد و غبار که در فرایند تولید لایه­ نازک سلول خورشیدی، روی قسمتی از سلول قرار می‌گیرد. البته ماجرا به همین­ جا ختم نمی ­شود. این ذره­‌ی سرگردان و بلاتکلیف، سبب نوعی برآمدگی روی سطح می‌شود که بی شباهت به فوران خشمگین یک آتشفشان نیست!

«ینگ هونگ هیو» دانشجوی کارشناسی‌ ارشد رشته مهندسی و علم مواد در دانشگاه لودویگ مونیخ و «آندریاس بینک» همکارش، این تصویر را با SEM برداشت کردند. البته که این نقص به کارایی سلول خورشیدی آسیب می‌رساند، اما هونگ هیو که تحت‌ تاثیر شکل شگفت انگیز این نقص قرار گرفته بود، اصلا دوست نداشت آن را برطرف کند! او پس از ذخیره تصویر، رنگ‌هایی را که می بینیم به آن اضافه کرد و کنتراست تصویر را با فتوشاپ افزایش داد. این سلول­ های خورشیدی جدید که «پروسکایت» نامیده می­ شوند، قرار است جایگزین سلول های خورشیدی سیلیکاتی قدیمی شوند.

دندریت­‌های باتری لیتیومی

تصویر زیر متعلق به ساختار فلزی پیچیده ­ای است که درون یک باتری لیتیومی قابل شارژ رشد کرده است. این ساختارها که به اصطلاح «دندریت» نامیده می ­شوند، نمایان­گر یک چالش عمده برای محققین عرصه باتری است؛ چرا که شدیدا به عملکرد باتری آسیب می‌زند و ممکن است باعث ایجاد اتصالی و آتش­ سوزی و دردسرهای بعدی شود. این تصویر با دستگاه تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)، توسط «اندرولات» دانشجوی شیمی دانشگاه نیویورک و همکارانش ثبت شده است.

اندرو درباره­‌ی این تصویر گفته است که او و تیمش واقعا از تماشای چنین ساختار زیبایی شگفت­ زده شده اند. قابل ذکر است که پژوهشگران در عصر حاضر، علاقه زیادی به این نوع باتری­ ها پیدا کرده اند؛ چراکه باتری‌های قابل شارژ فلزی لیتیومی، ماندگاری بالاتری دارند و می‌توانند انرژی بیشتری نسبت به باتری­ های فعلی ذخیره کنند (البته اگر این دندریت­‌های مزاحم اما زیبا، به وجود نیایند!)

یک بالن­ شگفت انگیز از MIT

تمام رنگ­ های عجیبی که در تصویر زیر می­ بینید، اعم از قهوه­ای متمایل به زرد یا سبز کم­رنگ، همگی به شکل طبیعی در فرایند تولید شیشه در آزمایشگاه شیشه­‌ی دانشگاه MIT ایجاد می­ شوند. این ساختار شیشه­‌ای توسط «جاناتان گیبس» و «سارا برناردیت» دانشجویان مهندسی مواد ساخته شده و وجود رشته­‌های عنصر کبالت در آن سبب زیبایی دو چندان آن گردیده است. سازندگان این ساختار، از یک تکنیک قدیمی ونیزی به نام «رتیسلو» برای تولید شیشه استفاده کرده اند که از هم­ پوشانی دو قسمت مجزا در دمای کوره پدید می­‌آید. این ساختار هم اکنون در موزه «علم و هنر» دانشگاه MIT نگهداری می­ شود.

در انتها توجه شما را به تعدادی از تصاویر هنری که با استفاده از تصاویر میکروسکوپی تهیه شده اند، جلب می کنیم. شما می توانید این تصاویر را از لینک زیر دریافت کنید:

دانلود بهترین تصاویر هنری خلق شده توسط آنالیزهای میکروسکوپی