مستوحاة من ريش جناح البطريق، طور الباحثون حلاً خاليًا من المواد الكيميائية لمشكلة تشكل الجليد على خطوط الكهرباء وتوربينات الرياح وحتى أجنحة الطائرات.
يمكن أن يتسبب تراكم الجليد في أضرار جسيمة للبنية التحتية، وفي بعض الحالات، يؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي.
سواء تعلق الأمر بتوربينات الرياح أو الأبراج الكهربائية أو الطائرات بدون طيار أو أجنحة الطائرات، غالبًا ما تعتمد حلول المشكلات على تقنيات كثيفة العمالة ومكلفة ومستهلكة للطاقة، بالإضافة إلى مواد كيميائية مختلفة.
يعتقد فريق من الباحثين من جامعة ماكجيل الكندية أنهم وجدوا طريقة جديدة واعدة لحل المشكلة بعد دراسة أجنحة طيور البطريق الجنتو، التي تسبح في المياه المتجمدة في القارة القطبية الجنوبية والتي لا يتجمد فرائها حتى في درجات حرارة السطح.أقل بكثير من نقطة التجمد.
وقالت الأستاذة المساعدة آن كيتزيج، التي كانت تبحث عن حل منذ ما يقرب من عقد من الزمن: "لقد قمنا أولاً بالتحقق من خصائص أوراق اللوتس، التي تعتبر جيدة جدًا في التجفيف، ولكن وجدنا أنها أقل فعالية في التجفيف".
"لم نكتشف مادة طبيعية يمكنها إزالة الماء والجليد إلا بعد أن بدأنا في دراسة كتلة ريش البطريق."
يتكون الهيكل المجهري لريشة البطريق (في الصورة أعلاه) من أشواك وأغصان تتفرع من عمود ريشة مركزي مع "خطافات" تربط شعيرات الريش الفردية معًا لتشكل سجادة.
الجانب الأيمن من الصورة يظهر قطعة منغير القابل للصدأقطعة قماش من الأسلاك الفولاذية قام الباحثون بتزيينها بأخاديد نانوية تحاكي التسلسل الهرمي الهيكلي لريش البطريق.
وقال مايكل وود، أحد المؤلفين المشاركين في الدراسة: "وجدنا أن الترتيب الطبقي للريش نفسه يوفر نفاذية الماء، كما أن أسطحه المسننة تقلل من التصاق الجليد"."لقد تمكنا من تكرار هذه التأثيرات المجمعة من خلال المعالجة بالليزر للشبكات السلكية المنسوجة."
يوضح كيتزيج: "قد يبدو الأمر غير بديهي، ولكن مفتاح مكافحة التجمد هو جميع المسام الموجودة في الشبكة التي تمتص الماء في ظروف التجمد.يتجمد الماء الموجود في هذه المسام في النهاية، ومع توسعه، يحدث شقوقًا، مثلك تمامًا.نراها في صواني مكعبات الثلج في الثلاجات.نحن بحاجة إلى القليل من الجهد لإزالة الجليد عن شبكتنا لأن الشقوق الموجودة في كل ثقب تتعرج بسهولة على سطح هذه الأسلاك المضفرة.
أجرى الباحثون اختبارات نفق الرياح على الأسطح المطلية بالستينسيلا ووجدوا أن العلاج كان أكثر فعالية بنسبة 95 بالمائة في منع تكون الجليد من الأسطح المصقولة غير المعالجة.غير القابل للصدأألواح فولاذية.ونظرًا لعدم الحاجة إلى معالجة كيميائية، فإن الطريقة الجديدة توفر حلاً لا يحتاج إلى صيانة لمشكلة تراكم الجليد على توربينات الرياح وأعمدة الكهرباء وخطوط الكهرباء والطائرات بدون طيار.
وأضاف كيتزيج: "بالنظر إلى نطاق تنظيم طيران الركاب والمخاطر التي تنطوي عليها، فمن غير المرجح أن يتم تغليف جناح الطائرة ببساطة بشبكة معدنية".
"ومع ذلك، في يوم من الأيام قد يحتوي سطح جناح الطائرة على النسيج الذي ندرسه، وسوف يحدث التذويب من خلال مجموعة من طرق التذويب التقليدية على سطح الجناح، والتي تعمل جنبًا إلى جنب مع القوام السطحي المستوحى من أجنحة البطريق."
© 2023 معهد الهندسة والتكنولوجيا.كلية الهندسة والتكنولوجيا مسجلة كمؤسسة خيرية في إنجلترا وويلز (رقم 211014) واسكتلندا (رقم SC038698).