שריון קשקשים: גרסת העתיד

מדים חסינים לירי, וחליפות-אסטרונאוטים עמידות למיקרו-מטאוריטים, הם שניים מהיישומים האפשריים לחומרים חדשים שפותחו בפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל בטכניון. כך מדווח כתב העת Soft Matter. את החומרים הללו פיתח פרופסור-משנה סטפן רודיך, חבר סגל בפקולטה. לדבריו, "גמישות וחוזק נתפסות כשתי תכונות מנוגדות, שככל שאתה מגביר אחת מהן, אתה מאבד מהשנייה. באופן כללי זה נכון, אבל במחקר שלי אני מנסה ליצור חומרים שיהיו גמישים ועם זאת חזקים (בהיבט של חדירו∙ת)."

פרופסור-משנה סטפן רודיך מתמחה ביצירת חומרים מרוכבים רכים – ענף ספציפי של הנדסת חומרים. הוא התחיל את דרכו כתיאורטיקן, אבל החשיפה לעולם ההדפסה התלת-ממדית – בפוסט-דוקטורט שלו ב-MIT – קירבה אותו לעולם הניסויי. "פתאום יכולתי לייצר את החומרים שאני מתכנן," הוא אומר, "ואז לבדוק אם התכונות שלהם תואמות את הניבוי התיאורטי שלי. גם עכשיו, עם החומרים האלה שהם גמישים אבל עמידים יחסית לחדירה, אני יכול לעשות ניסויים בדגמים שאני מדפיס." עםMIT הוא מקיים שיתוף פעולה גם היום, וגם במחקר הנוכחי.

פרופסור-משנה רודיך הגיע לטכניון כחבר סגל היישר מהפוסט-דוקטורט. מחקריו כבר זכו לפרסום בכתבי העת המובילים, למשל Physical Review Letters. המאמר החדש מתפרסם ב-Soft Matter. "ככל שאנחנו מבינים טוב יותר את הקשר בין המבנה המולקולרי של החומר לבין תכונותיו ברמת המאקרו, אנחנו שולטים יותר טוב בפונקציות שאנחנו 'מוציאים' ממנו – אורכי גל, גמישות, זרם חשמלי וכו'," הוא מסביר. את החומרים הגמישים-חזקים החדשים הוא מפתח בהשראת הדגים. "הדג הוא יצור גמיש, ועם זאת הוא מוגן באמצעות קשקשים קשים. ה'סוד' שלו הוא השילוב בין הקשקשים לבין הרקמה הרכה שמתחתם, וזה מה שניסיתי לחקות כאן. גם החומרים שאני מתכנן בנויים משתי שכבות – אחת רכה ('הגוף') ואחרת ('קשקשים') המהווה את ה'שריון'. כך מושגת אותה תכונה משולבת (protecto-flexibility) שמעניינת אותנו."

לשאלה על יישומים אפשריים הוא מדבר בזהירות רבה. "התפקיד שלי הוא לא פיתוח יישומים אלא תכנון החומר עצמו, וההתמקדות שלי כרגע היא האופטימיזציה של החומר. אם בכל זאת מדברים על יישום, למשל על חליפות אסטרונאוטים גמישות העמידות לפגיעת חלקיקים (מיקרו-מטאורים), הרי שאזורים מסוימים באריג (אזור החזה) אינם דורשים גמישות, שחיונית מאוד באזורים אחרים כמו המרפק."

חשוב לו להבהיר שאי אפשר לבטל כליל את הניגוד בין גמישות לחוזק, אבל אפשר 'לשחק' עם יחסי הגומלין ביניהם – ה-trade off. "הצלחתי להגדיל את החוזק של החומר פי 40, ובה בעת להוריד את הגמישות רק פי 5, וזה פותח המון אפשרויות. אם מדברים על מדים הרי שהרעיון הוא ליצור מרקם מתוכנן-אישית (Tailored), על פי מבנה הגוף של המשתמש וכמובן על פי התנאים הצפויים לו. במקרה שנדרשת הגנה מפני קרינה אפשר להוסיף שכבת סינון."

כרגע הוא בוחן את החומרים 'שלו' בבדיקות סטטיות, כלומר בלחיצה איטית של מוט כלשהו. בהמשך הוא מקווה להגיע לבדיקות דינמיות, כלומר של עצמים שיפגעו בחומר במהירות – כמו קליע או מיקרו-מטאורית – ולבחון את התוצאות.

למאמר המלא