طور الباحثون مادة بيولوجية اصطناعية جديدة يمكنها إيقاف التأثيرات الأسرع من الصوت. يمكن أن يكون لها العديد من التطبيقات العملية ، مثل الدروع الواقية من الرصاص من الجيل التالي.

طور العلماء وحصلوا على براءة اختراع لمواد جديدة لامتصاص الصدمات يمكن أن تحدث ثورة في مجالات الدفاع وعلوم الكواكب. تم تحقيق هذا الاختراق من قبل فريق بقيادة الأستاذين بن جولد وجين هيسكوك من جامعة كنت.

هذه المواد الجديدة القائمة على البروتين ، المسماة TSAM (Talin Shock Absorbing Materials) ، تمثل أول مثال معروف لمادة SynBio (أو البيولوجية الاصطناعية) القادرة على امتصاص تأثيرات المقذوفات الأسرع من الصوت. هذا يفتح الباب أمام تطوير الجيل التالي من الدروع الواقية من الرصاص والصواريخ الاعتراضية لدراسة التأثيرات عالية السرعة في الفضاء والغلاف الجوي العلوي (الفيزياء الفلكية).

وأوضح البروفيسور بن غولد: “إن عملنا على بروتين تالين ، ممتص الصدمات الطبيعي للخلايا ، يظهر أن هذا الجزيء يحتوي على سلسلة من مجالات التبديل الثنائية التي تفتح تحت الشد وتعيد طيها عندما ينخفض ​​التوتر. هذه الاستجابة للقوة تعطي تالينها. خصائص امتصاص الصدمات الجزيئية ، قوة كبيرة. تحمي خلايانا من تأثيرات التغييرات عندما قمنا ببلمرة تالين إلى TSAM ، وجدنا أن خصائص امتصاص الصدمات لمونومرات التالين تزود المادة بخصائص لا تصدق.

أظهر الفريق التطبيق الواقعي لـ TSAMs من خلال تعريض مادة الهيدروجيل هذه إلى تأثيرات عالية السرعة تبلغ 1.5 كم / ثانية (3400 ميل في الساعة) – سرعات أسرع من تأثيرات الجسيمات على الأجسام الطبيعية والتي من صنع الإنسان (عادةً> 1 كم) في الفضاء . / ث) وسرعات كمامة البنادق – والتي تتراوح عادة بين 0.4-1.0 كم / ثانية (900-2200 ميل في الساعة). علاوة على ذلك ، اكتشف الفريق أن DSAM لا تمتص فقط تأثير جزيئات البازلت (قطرها 60 ميكرومتر تقريبًا) وشظايا الألومنيوم الكبيرة ، ولكن أيضًا تحمي هذه المقذوفات بعد الاصطدام.

تتكون السترات الواقية من الرصاص الحالية من وجه سيراميك مدعوم بمركب مقوى بالألياف ، وهو ثقيل ومعقد. أيضًا ، في حين أن هذا الدرع فعال في صد الرصاص والشظايا ، إلا أنه لا يمنع الطاقة الحركية ، والتي يمكن أن تسبب صدمة حادة خلف الدرع. علاوة على ذلك ، غالبًا ما يتضرر هذا النوع من الدروع بشكل لا رجعة فيه بعد الاصطدام بسبب السلامة الهيكلية للخطر ، مما يمنع المزيد من الاستخدام. هذا يجعل من دمج TSAM في تصميمات الدروع الجديدة بديلاً قابلاً للتطبيق لهذه التقنيات التقليدية ، مما يوفر درعًا خفيف الوزن طويل الأمد يحمي مرتديه من مجموعة من الإصابات ، بما في ذلك إصابات الصدمات.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن قدرة TSAMs على اعتراض وحماية المقذوفات بعد الاصطدام تجعلها قابلة للتطبيق في صناعة الفضاء ، حيث توجد حاجة لمواد تبديد الطاقة لجمع الحطام الفضائي والغبار الفضائي والنيازك الدقيقة بشكل فعال. بحث علمي. علاوة على ذلك ، تعمل هذه المقذوفات الملتقطة على تبسيط تصميم المعدات الفضائية ، وتحسين سلامة رواد الفضاء ، وتحسين طول عمر المعدات الفضائية باهظة الثمن. هنا يمكن أن توفر TSAMs بديلاً عن aerogels ذات المعايير الصناعية – والتي يمكن أن تذوب بسبب ارتفاع درجة الحرارة الناتج عن تأثير المقذوفات.

قال البروفيسور جين هيسكوك: “نشأ هذا المشروع من تعاون متعدد التخصصات بين علم الأحياء الأساسي والكيمياء وعلوم المواد ، والذي نتج عنه إنتاج هذه الفئة الجديدة والمثيرة من المواد. نحن متحمسون جدًا لإمكانية الترجمة المحتملة لـ TSAMs لحل حقيقي. – مشاكل العالم. السلامة ونحن نبحث بنشاط بدعم من المتعاونين الجدد في مجالات الفضاء.

ملاحظة: جاك أ. دولان ، لوك س. أليسبروك ، كارين ب. بيكر ، إيان ر. براون ، جورج د. وليامز ، جينيفر ر. “المواد البروتينية من الجيل التالي تلتقط وتحمي المقذوفات من التأثيرات الأسرع من الصوت” من تأليف هيسكوك وبنجامين د. جولد ، 29 نوفمبر 2022 ، bioRxiv.
دوى: 10.1101 / 2022.11.29.518433