غشاء ياباني مشدود يضفي البهجة
على مباني كبرى في العالم

على بعد ساعة واحدة بالسيارة من قلب شنغهاي نرى «أوراق لوتس» تطفو في الهواء فوق مبنى «حلقة شنغهاي الدولية»، إنها 26 غشاء مشدود على إطار صلب وتمثل سقفا يظلل مكان جلوس عشرين ألف متفرج، وهي مصنوعة من فايبر جلاس (زجاج ليفي) مغطى بمادة الفلوروبلاستيك. وكل من هذه الأشكال الشبيهة بورقة اللوتس عبارة عن قطع ناقص طوله 31.6 متر وعرضه 27.6 متر ومشدود على عمود بإطار من الصلب قطره متراً واحداً. يبدو شكل الأغشية مثل أوراق لوتس متقاطعة تطفو فوق سطح بحيرة، وهذا السقف المصمم على أحدث طراز يستخدم خبرة تكنولوجية طورتها شركات يابانية بغرض ابتكار إنشاءات غشائية خارقة المستوى.

وبالنسبة للأسقف نجد أن الإنشاءات الغشائية تجمع بين خفة الوزن وتوفير إضاءة رائعة لذلك تستخدم بكثرة في حلبات السباق التي تقام بدون أعمدة داعمة وكذلك المساحات الواسعة ذات التصميمات المعمارية المبتكرة. ومع ذلك فعدد قليل جداً من الشركات في العالم تملك الخبرة اللازمة لإنتاج هذا النوع من المواد، والواقع أن صنع إنشاءات غشائية مشدودة مجسمة على درجة كبيرة من التعقيد يتطلب أساليب تكنولوجية متطورة من ناحية صناعة النسيج نفسه وأيضاً تنفيذ التصميم في موقع البناء.

تم افتتاح إستاد «أرينا فونتي نوفا» لكرة القدم في إبريل عام 2013 في مدينة سلفادور الساحلية المطلة على ساحل المحيط الأطلنطي في شمال شرق البرازيل. وهو يتسع لعدد 56.500 متفرج ويشتمل على سقف من الغشاء المشدود من إنتاج نفس الشركة التي صنعت أوراق اللوتس لحلبة السباق في شنغهاي. هذا السقف سيحمي المقاعد في أرينا فونتى نوفا عندما تستضيف مباراة في التصفيات ربع النهائية في كأس العالم لكرة القادم المقامة في البرازيل في عام 2014.

شركة تايو كوجيو قامت أيضاً بصنع وتركيب سطح إستاد «أرينا فونتي نوفا» في البرازيل. (صورة بتصريح من شركة تايو كوجيو)

محطة تحلية مياه المحيط في ترينيداد وتوباجو تستخدم عناصر من غشاء أزموزي معكوس تصنعه شركة توراي. (الصورة بتصريح من شركة توراي للمصنوعات)

محطة حيوية تحول
ماء البحر إلى مياه للشرب

تقع جزر ترينيداد وتوباجو الكاريبية في قلب المحيط وتحيطها مياهه من كل جانب وقد ظلت لسنوات طويلة تعاني من نقص شديد في مياه الشرب، لكنها اليوم تضم محطة حيوية تحول الماء المالح إلى مياه للشرب فتلعب بذلك دوراً في غاية الأهمية لحياة السكان. تملك المحطة قدرة هائلة حيث يمكنها معالجة 136.000 م ³ من المياه يومياً، فهي واحدة من أكبر محطات تحلية المياه في العالم.

وقلب هذه المحطة هو غشاء أزموزي معكوس صنعته شركة يابانية، وتم استخدام تكنولوجيا «جزيئات الماكرو» لعمل ثقوب لا تزيد عن بضعة نانومترات وبذلك لا يمر خلالها سوى جزيئات الماء بينما لا يمر الملح. تحتوي المحطة على 20.000 عنصر من الغشاء الأزموزي المعكوس مصنوعة كمنتجات صناعية وتقوم بتحلية مياه المحيط لتوفر للمواطنين الماء الصالح للشرب.

والواقع أن الماء العذب الذي يمكن للإنسان أن يتناوله بالفعل يمثل جزءً صغيراً جداً من مياه كوكب الأرض حيث تعاني أغلب مناطق الأرض من نقص خطير في ماء الشرب لذلك فإن محطات تحلية المياه التي يمكنها أن تحول مياه المحيطات الوفيرة إلى ماء عذب للشرب تساهم بدرجة كبيرة في حل المشكلة العالمية لنقص مياه الشرب.

خيط QMONOS متعدد الألوان وهو خيط مصنوع من البروتين ليكون شبيهاً بالحرير العنكبوتي، وثوب مصنوع من قماش QMONOS . (صورة بتصريح من شركة سبايبر)

خيط خيالي سيغير العالم

إن المنطقة المحيطة بمدينة تسوروؤكا في محافظة ياماجاتا هي في الأصل منطقة رعوية من إقليم توهوكو وواحدة من أكثر مناطق اليابان إنتاجاً للأرز. والمدهش أن هذه المنطقة نفسها هي موطن واحد من أكثر أنواع الخيوط تقدماً من صنع الإنسان في العالم كله، إنه أقوى من الصلب وأكثر ليونة من النايلون. إن «الحرير العنكبوتي الصناعي» الذي يتم إنتاجه هنا يغطي احتياجات عدد كبير من الصناعات التي تحتاج إلى خيوط خفيفة الوزن وقوية في الوقت نفسه، وهذا يشمل المواد اللازمة لأجزاء السيارات والأوردة الدموية الصناعية وشعر الإنسان وكذلك الخيوط لصنع الملابس.

ورغم أن عدداً كبيراً من العلماء حاولوا ابتكار حرير عنكبوتي صناعي بهذه المواصفات الخاصة إلا أن أحداً لم يتمكن من النجاح في انتاج هذا الخيط الصناعي على نطاق واسع إلى أن دخلت في الموضوع شركة كونها عدد من الباحثين الشبان من جامعة كييو. في البداية استخدموا أحدث التكنولوجيا الحيوية لتمكين كائن حي مختلف من خلق بروتين يشبه حرير العنكبوت، بعد ذلك جمع العلماء هذا البروتين وحولوه إلى خيط.

وسوف يتم استكمال المصنع التجريبي لإنتاج هذا الخيط على نطاق واسع في ديسمبر 2013 ، وتتسارع الآن خطى البحث والتطوير استعداداً لإنتاج الخيط بكميات ضخمة في خلال بضعة سنوات.

أنابيب الزراعة الأسطوانية ممتدة فوق الأرض البور في جنوب أفريقيا ويتم إنتاجها باستخدام خيط قابل للتحلل حيوياً من ابتكار شركة توراي مع استخدام أساليب عمل التريكو التي ابتكرتها شركة ميتسوكاوا بمحافظة فوكوي. (صورة بتصريح من شركة توراي للمصنوعات)

منسوجات تعيد الحياة للأرض الميتة

في ضواحي جوهانسبرج بجنوب أفريقيا يعمل الفلاحون جاهدين لاستصلاح الأراضي التي أتلفتها أعمال المناجم، وفي مركز هذه الجهود نجد أنابيب قماشية طويلة مصنوعة باستخدام طريقة تشاركت في ابتكارها مصانع يابانية للتريكو والخيوط. يملأ الفلاحون الأنبوبة بالتربة والسماد ثم يضعونها في صفوف طويلة على الأرض ويغرسون بذور المحاصيل بينها وسرعان ما تمتد جذور الذرة وغيرها من المزروعات في الأنبوبة وتمتد الحقول تدريجياً. في نفس الوقت نجد أن هذه الأنابيب تساعد أيضاً على منع الرياح من بعثرة الرمال في الهواء. قماش الأنابيب مصنوع من خيط من حامض متعدد اللبنيك الذي يتحلل إلى تربة ويتم إنتاجه باستخدام أسلوب «ماروآمي»، وهي طريقة دائرية في عمل التريكو ابتكرتها مصانع التريكو اليابانية لتوفير درجة مبهرة من المرونة، وتتميز الأنابيب بسهولة وضعها على الأرض كما أنها تحتفظ بقدر كبير من المياه داخلها، وهذه الخاصية بالذات تمكن الفلاحين من زرع المحاصيل ولو بكمية قليلة من الماء والسماد. يمكن الآن أن يزرع الإنسان محاصيل في الصحراء أو حتى على الأسمنت، وطبيعي أن تحظى هذه الفكرة باهتمام عالمي شديد من الجميع.

باراشوت الهبوط للمسبار الآلي «كوريوسيتي» خلال اختباره في نفق رياح. حبال التعليق التي تربط الباراشوت بالمسبار مصنوعة من خيط أراميد يسمى «تكنورا» من ابتكار شركة تيجين المحدودة.
(صورة بتصريح من NASA/JPL-Caltech)

خيوط قوية تنجح في اختبارات الفضاء العسيرة

أقمشة عالية التقنية تسافر في الفضاء بعيداً عن الأرض نجحت وكالة الفضاء الأمريكية (ناسا) في إنزال المسبار الآلي (الروبوت) «كوريوسيتي» على كوكب المريخ في أغسطس عام 2012. بمجرد دخول المسبار في المجال الجوي لكوكب المريخ تم إطلاق باراشوت ضخم قطره 15 متر لإبطاء سرعة المسبار من 1,450 كم/ساعة إلى 290 كم/ساعة ويربط بين الباراشوت والمسبار حبال تعليق من خيط مصنوع من مادة مبهرة أخرى، ويبلغ عدد الحبال 80 حبل وهي من ابتكار شركة يابانية.

إنها خيوط أراميد خاصة لها معدل شد إلى وزن يعادل ثمانية أضعاف الصلب بالإضافة إلى قدرتها الحرارية التي تجعلها قادرة على تحمل حرارة قدرها 200 درجة مئوية لفترات زمنية طويلة. كل هذا أضفى على تلك الخيوط خصائص غير عادية أبهرت المسؤولين في وكالة ناسا. وطبقاً لحسابات الوكالة كان على الباراشوت خلال الهبوط أن يتحمل قوة جاذبية قصوى تعادل تسعة أضعاف جاذبية الكرة الأرضية وكان على حبال التعليق الثمانين أن تتحمل وزن قدره 27 طن.