كان الناس يستخدمون مواد مسطحة تشبه الأشرطة، مثل شرائط القصب، لصنع السلال المنسوجة منذ آلاف السنين. عادت طريقة النسيج هذه إلى الظهور كتقنية للمهندسين لإنشاء هياكل نسيجية وقماشية ذات هندسة معقدة. على الرغم من أن هذه السلال جميلة ومعقدة، إلا أنها يمكن أن تكون قوية بشكل مدهش.
نحن فريق من علماء الهياكل والمواد في جامعة ميشيغان. أردنا أن نكتشف كيف يمكن للهياكل الشبيهة بالسلة التي تستخدم تقنيات النسيج التقليدية أن تكون متينة للغاية وقابلة للتحمل ومرنة.
لاستكشاف مرونة السلال، قمنا بتصميم سلسلة من الوحدات المنسوجة الصغيرة التي يمكن تجميعها في هياكل أكبر. توفر هذه التصميمات المنسوجة تقريبًا نفس الصلابة التي توفرها الهياكل غير المنسوجة، مثل الصناديق البلاستيكية. كما أنها لا تنكسر أو تفشل عند ثنيها أو لفها بالطريقة التي تعمل بها الأنظمة المستمرة غير المنسوجة (المصنوعة من مادة صفائح مستمرة).
تتمتع هياكلنا المنسوجة الشبيهة بالسلة بالعديد من التطبيقات المحتملة، بما في ذلك الروبوتات الصغيرة التي تتميز بقدر كبير من المقاومة للضرر – يمكن أن تدهس هذه الروبوتات بواسطة سيارة ولا تفشل رغم ذلك. يمكننا أيضًا صنع ملابس منسوجة للمساعدة في حماية الأشخاص من التأثيرات الشديدة مثل حوادث السيارات. لقد صنعنا هذه الهياكل المنسوجة باستخدام مايلر (نوع من مادة البوليمر)، والخشب والفولاذ.
اختبار السلال المنسوجة
صنع البشر الأوائل السلال عن طريق نسج شرائح رفيعة من اللحاء أو القصب، وتستخدم بعض مجتمعات السكان الأصليين هذه التقنيات اليوم. كان نسج السلال وسيلة فعالة لتحويل الشرائط أحادية البعد إلى حاويات ثلاثية الأبعاد.
هذه الفائدة الهندسية هي دافع مباشر لنسج السلال، لكن في دراستنا المنشورة في أغسطس 2025 في Physical Review Research، أردنا معرفة ما إذا كان نسج السلال يمكن أن يوفر أكثر من قيمة جمالية في العلوم والهندسة الحديثة.
في تجربتنا، قمنا بمقارنة الحاويات المنسوجة وغير المنسوجة التي لها نفس الشكل العام وتم تصنيعها باستخدام نفس الكمية ونوع المواد.
كان عرض “الأشرطة” التي استخدمناها 10 ملليمترات وسمكها عُشري ملليمتر. لقد تم نسجها دائمًا بنفس النمط العلوي/السفلي/الفوقي/السفلي. لقد نسجنا السلال من الأشرطة المسطحة ثم أنشأنا نماذج باستخدام عمليات المسح ثلاثي الأبعاد لهذه الحاويات المنسوجة التي ساعدتنا على فحص أوجه التشابه والاختلاف الأساسية بين الهياكل المنسوجة والمستمرة.
ووجدنا أن هذه الحاويات تتمتع بصلابة مماثلة للحاويات غير المصنوعة من مواد منسوجة، كما أنها عادت إلى شكلها الأولي بعد أن قمنا بثنيها أو لفها.
عندما تضع شيئًا ثقيلًا على هيكل منسوج، فإن الأشرطة يتم تمديدها بشكل أساسي بدلاً من ثنيها. هذا التمدد يجعلها متصلبة لأن الأشرطة تكون أكثر صلابة عند تمددها مقارنةً بالثني. علاوة على ذلك، فإن الأشرطة ليست متصلة بشكل صارم في الهياكل المنسوجة، مما يمنحها مرونتها الاستثنائية.
ومن خلال تسخير تقنيات نسج السلال، يمكن للمهندسين إنشاء مواد أفضل للسيارات، والأجهزة الاستهلاكية مثل الساعات الذكية، والروبوتات الناعمة، وهي روبوتات مصنوعة من مواد لينة بدلا من المواد الصلبة. بشكل أساسي، يمكن لهذه التقنيات تحسين أي جهاز عندما تحتاج المادة إلى أن تكون صلبة ومرنة.
ما هي الخطوة التالية
لا يزال فريق البحث لدينا يستكشف بعض الأسئلة الكبيرة التي لم تتم الإجابة عليها حول هذه السلال المنسوجة.
أولاً، نريد أن نفهم كيف تحدد هندسة السلال المنسوجة صلابتها ومرونتها، وإنشاء نموذج تحليلي أو عددي لوصف هذه العلاقة. نود بعد ذلك استخدام هذا النموذج لتصميم الهياكل المنسوجة التي تناسب صلابة الهدف ومرونته. معظم السلال المنسوجة مصنوعة يدويًا لأن هندستها معقدة ويصعب على الآلة تصنيعها.
ثانيًا، نود معرفة كيفية إنشاء آلة يمكنها تصنيع السلال المنسوجة بشكل مستقل. يمكن للآلات الآلية إنتاج أقمشة منسوجة ثنائية الأبعاد، لكننا نود أن نتعلم كيفية تحديث ورقمنة الحرفة القديمة لنسج السلال ثلاثية الأبعاد.
ثالثًا، نريد أن نفهم كيفية دمج المواد الإلكترونية في نسج السلال ثلاثي الأبعاد لإنشاء المنسوجات الآلية من الجيل التالي. يمكن لهذه المنسوجات الآلية أن تستشعر وتتحرك وتتحرك وتتحمل الحمولة وتظل مرنة في مواجهة الحمل الزائد العرضي وتتفاعل بأمان مع البشر في نفس الوقت.
أبحاث وتطبيقات نسج السلة
إن دراستنا ليست الدراسة الوحيدة التي تستكشف الهندسة المعقدة لنسج السلال وإمكانية تطبيق تقنيات نسج السلال على التصميم المعماري.
على سبيل المثال، تعاون الباحثون مع أحد الفنانين لتعديل أسلوب نسج السلال الشائع، وإيجاد طرق لنسج الأشرطة وإنتاج أي انحناء يرغبون فيه. وفي وقت لاحق، استخدم نفس الفريق البحثي هذه المنهجية لتصنيع القباب المنسوجة. ووجدوا أنه يمكنهم ضبط صلابة واستقرار القباب المنسوجة من خلال تغيير انحناء الأشرطة.
وفي دراسة أخرى ذات صلة، قام الباحثون ببناء خوارزميات تعمل على تحسين حجم وشكل وانحناء الأشرطة، ثم استخدموا تلك الأشرطة لنسج بنية معقدة هندسيًا معًا.
إن عملنا الجديد وعمل هذه الفرق الأخرى يضع لمسة عصرية على التكنولوجيا التي من المحتمل أنها كانت موجودة منذ فجر البشرية.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: Guowei (واين) تو، جامعة ميشيغان و يفغويني فيليبوف، جامعة ميشيغان
اقرأ المزيد:
حصل إيفغويني فيليبوف على تمويل بحثي من AFOSR.
لا يعمل Guowei (Wayne) Tu لدى أي شركة أو مؤسسة أو يستشيرها أو يمتلك أسهمًا فيها أو يتلقى تمويلًا منها قد تستفيد من هذه المقالة، ولم يكشف عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينه الأكاديمي.