טכניקה ישנה של אוריגמי אפשרה ליצור מטא-חומר חדשני שיכול להיות גמיש או קשיח ולהשתנות בלחיצת כפתור
חומרים חדשים יכולים לשנות את העולם. על חשיבותם העצומה מצביעה גם העובדה שתקופות ארוכות בהיסטוריה נקראות על שם החומר המהפכני שאפיין אותן. זה התחיל בתקופת האבן והמשיך עם עידן הברונזה והברזל. על פי אותו קו, איש לא יתפלא אם בעוד כמה אלפי שנים יקראו לתקופה שלנו על שם החומר שמאפיין אותה יותר מכל – עידן הסיליקון.
חומרים אחרים אמנם לא זכו שתקופה שלמה תיקרא על שמם, אבל קשה להפריז בהערכת תרומתם לאנושות או להבין עד כמה היה העולם שונה בלעדיהם. נסו לחשוב איך העולם היה נראה בלי מלט; להוציא מהעולם המודרני את כל סוגי הפלסטיק; דמיינו עולם שלא המציאו בו את הנייר או את אבקת השריפה.
החיפוש אחר חומרים חדשים עם מאפיינים ייחודיים וחדשניים היה תמיד בלבו של המדע היישומי. לפעמים הם פשוט יכולים לשפר ולייעל דברים קיימים, כמו תאורת LED או חומרים חזקים וקלים לתעשיית התעופה. אבל החומרים המהפכניים באמת פותחים לנו נתיבים לטכנולוגיות חדשות לגמרי – כאלה שאינן קיימות בעיקר משום שעד כה לא היו החומרים שיתמכו בהן.
בחיפוש אחר חומרים כאלה, עם יכולות שטרם נראו כמותן, פונים מדענים רבים לתחום חדש יחסית שנקרא "מטא-חומר", מהמילה היוונית "מטא" שפירושה "מֵעֵבֶר". למטא-חומרים יש תכונות שאי אפשר למצוא בטבע. בדרך כלל הם מורכבים מכמה מערכות חומרים עם מאפיינים שונים שמאורגנות יחד במבנה מוגדר היטב. העיצוב התלת-ממדי המדויק של המבנה יוצר חומר עם תכונות חדשות שנובעות מניצול חכם של תכונות מרכיביו.
משנה צורה ונפח לפי פקודה. החומר החדש | צילום: אונ' הרווארד
חומר שמשתנה בפקודה
חוקרים מאוניברסיטת הרווארד פיתחו בעת האחרונה מטא-חומר תלת-ממדי חדש בעל תכונות ייחודיות. העיצוב החכם והשילוב של חומרים גמישים וקשיחים במבנהו מאפשרים לו לשנות צורה, נפח ואת מבנהו לפי הוראה מלמעלה. תכונותיו המכניות של החומר, כמו חוזקו וקשיחותו משתנות כך בצורה דרמטית והחומר מתאים את עצמו לצרכים שונים.
הבסיס למטא-חומר החדש הוא שילוב נכון וחכם של שני חומרים עם מאפיינם מכניים שונים מאוד. חומר פלסטי קשה מספק לו שלד קשיח, ואילו חומר פלסטי גמיש מאוד מאפשר לו להתקפל ולשנות את צורתו. הסוד טמון בתכנון חכם שמנצל בצורה אופטימלית את התכונות של כל אחד ממרכיביו, כך שמתקבל חומר שיכול להיות גמיש או קשיח לפי רצוננו. כשמוסיפים לזה מערכת ממוחשבת של בוכנות לחץ אוויר קטנות, כל המבנה יכול לשנות את צורתו בלחיצת כפתור.
העיצוב, למרבה ההפתעה, אינו בנוי על רעיון חדשני ופורץ דרך אלא על טכניקת אוריגמי שנקראת Snapology. אמנם מוזר מעט שתחביב קיפולי הנייר נתן את השראתו למדע החומרים, אבל מתברר שמסורת האוריגמי עונה במקרה הזה על כמה מהצרכים הבסיסיים של מטא-חומר שימושי ובראשם מודולריות. באמצעותה אפשר ליצור יחידות קטנות וזהות שיכולות להתחבר זו לזו ולקבל מבנים חוזרניים בגדלים שונים.
הסידור המרחבי של היחידות הקטנות והזהות הוא זה שמאפשר לחומר החדש להיות גם גמיש וגם חזק ולשנות את צורתו. רגע אחד הוא שטוח וגמיש ורגע אחר כך הוא מאורגן בצורה תלת-ממדית חכמה וחוזרת על עצמה שמעצימה את הקשיחות של המבנה הכולל, בדומה לכוורת.
התוצאה היא זן חדש של מטא-חומרים מתקפלים שיכולים להפוך למגוון מוצרים משני צורה. הפוטנציאל שלהם עצום. הוא מתחיל ביישומים ביולוגים בגודל של ננו-מטרים ומסתיים במוצרי ענק כמו מבנים ניידים שנוכל לשנע בנפח קטן, במהירות ובקלות לאזורים מוכי אסון, שם הם ישנו צורה למבנה קשיח שיספק לקורבנות מחסה מיידי.
לחומר הזה יש פוטנציאל נוסף אם נשנה מעט את מערכת הבוכנות ששולטת על המבנה שלו. אם נצליח למשל ליצור מערכת שתגיב באופן עצמוני למים או לטמפרטורות גבוהות נוכל לדמיין כיפות מחסה מגשם שקמות לתחייה במגע עם טיפת המים הראשונה, או כיפות הצללה שנפתחות בטמפרטורה שנקבעה מראש.
יחד עם שלל מטא-חומרים אופטיים ומכניים אחרים, הפיתוח החדש נותן הצצה אל שלל החומרים החכמים שעתידים להשתלב בחיי היומיום שלנו בשנים הקרובות. לפעמים נדמה שרק הדמיון מגביל את היישומים שיוכלו להיות להם.
