علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
`Ribbon-like fiber unlocks pressure sensitivity up to 1,000 times higher than standard designs
(بواسطة: المعهد الملكي العالي للتقنية – ستوكهولم – السويد ، تصحيح وتدقيق: سادي هارلي، مراجعة: روبرت
ايغان)
(KTH Royal Institute of Technology, edited by Sadie Harley, reviewed by Robert Egan)
ملخص: حققت ألياف بصرية شريطية الشكل مُشكّلة مسبقًا مصنوعة من السيليكا، ذات بنية مجهرية مُهندسة، حساسية ضغط أعلى بألف ضعف من الألياف الدائرية التقليدية. وقد مكّنت قنوات الهواء الداخلية أو الحشوات المعدنية من ضبط حساسية استشعار الضغط ودرجة الحرارة مع الحفاظ على التوافق مع الأنظمة البصرية.
( المقالة المترجمة )
أحدثت الألياف الضوئية ثورة في العالم الحديث، وتشير أبحاث جديدة إلى إمكانية تحقيق المزيد. فبحسب دراسة نُشرت مؤخرًا، تُنتج تقنية تصنيع جديدة للألياف المسطحة مستشعرًا عالي الدقة لمجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من البطاريات وصولًا إلى الجسور.
وقد طوّر باحثون من المعهد الملكي العالي للتقنية (KTH) في ستوكهولم وجامعة ساوثهامبتون في المملكة المتحدة نوعًا جديدًا من الألياف الضوئية المسطحة المصنوعة من السيليكا، والتي تختلف في أدائها عن الألياف الدائرية التقليدية. ويُقدّم هذا العمل، المنشور في مجلة “نيتشر كوميونيكيشنز” (Nature Communications) [الرابط: High aspect-ratio quadrilateral flexible silica optical fibers for enhanced multi-parameter sensing | Nature Communications]، منصة ذات نسبة أبعاد عالية، يُمكن هندستها للاستجابة بفعالية للضغط ودرجة الحرارة والتغيرات الفيزيائية الأخرى.
ومن خلال ابتكار شكل شريطي ذي بنية دقيقة داخلية مُتحكّم بها، أظهر الفريق إمكانية استخدام شكل الليف كجزء وظيفي من المستشعر.
وبدلًا من التقنية الشائعة لتسطيح الألياف الدائرية، ابتكر الباحثون طريقة لتشكيلها مسبقًا، واستخدموا معالجة الزجاج بالليزر لإضافة خصائص داخلية مثل قنوات الهواء أو الحشوات المعدنية.
وأظهرت التجارب المخبرية أن الألياف المسطحة تتمتع بحساسية للضغط تفوق حساسية الألياف الدائرية القياسية بألف مرة. كما أثبت الفريق وجود نسخة محسّنة لاستشعار درجة الحرارة عن طريق ملء جزء من بنيتها الداخلية الدقيقة بسبيكة أساسها القصدير.
دور جديد لشكل الألياف
يقول الدكتور باويل مانيفسكي، الباحث في المعهد الملكي العالي للتقنية: “هذه ليست مجرد ألياف ذات شكل مختلف، بل هي مجال تصميم جديد للألياف البصرية”. ويضيف: “بتغيير الشكل الهندسي، يمكننا جعل الزجاج نفسه أكثر استجابةً للبيئة المادية المحيطة به”.
ويستند هذا الإنجاز إلى التعاون بين المعهد الملكي العالي للتقنية وجامعة ساوثهامبتون في معالجة الزجاج بالليزر، وتصنيع الألياف المتخصصة، والاستشعار البصري. والنتيجة هي ألياف تظل متوافقة مع الأنظمة البصرية الحالية، مع توفير قدرات ميكانيكية واستشعارية جديدة.
من الطائرات إلى البطاريات
تتنوع التطبيقات المحتملة على نطاق واسع. ويمكن دمج الألياف المسطحة في المواد المركبة لتزويد الطائرات والطائرات المسيّرة والبنية التحتية بحساسية أفضل للإجهاد والضغط الداخليين. ويمكن لهذه المنصة نفسها أن تدعم تقنيات بطاريات أكثر ذكاءً، حيث تُتيح تغيرات الضغط ودرجة الحرارة داخل الخلايا رصد مؤشرات مبكرة لأي خلل.
وعلى عكس أجهزة الاستشعار الإلكترونية، تتميز الألياف الضوئية بمناعتها ضد التداخل الكهرومغناطيسي، وخفة وزنها، وصغر حجمها، وقدرتها على العمل في بيئات قاسية. وهذه الميزات تجعلها جذابة لتطبيقات الفضاء، وأنظمة الطاقة، والأجهزة الطبية الحيوية، والتصنيع المتقدم.
بعيدًا عن نقل الضوء
يعتقد الباحثون أن هذا العمل يُشير إلى تحول أوسع في تقنية الألياف. فبدلًا من استخدام الألياف الضوئية لنقل الضوء فقط، يُمكن للأنظمة المستقبلية استخدام هندسة الألياف نفسها لتشكيل كيفية استشعار المواد واستجابتها وتواصلها.
ويقول البروفيسور كريس هولمز، الأستاذ بجامعة ساوثهامبتون: “يُضفي هذا بُعدًا جديدًا على الألياف الضوئية. والخطوة التالية هي نقل هذه المنصة من مرحلة إثبات المفهوم إلى أنظمة حقيقية، بما في ذلك الطائرات المسيّرة الذكية، والمواد المركبة المتقدمة، وتقنيات الطاقة الأكثر أمانًا.”
*تمت الترجمة بتصرف
للمعلومية، نشرت الورقة العلمية التي ألفها الدكتور باويل مانيفسكي وآخرون والمعنونة “ألياف بصرية مرنة من السيليكا رباعية الأضلاع ذات نسبة عرض إلى ارتفاع عالية لتحسين الاستشعار متعدد المعايير” في مجلة نيتشر كوميونيكيشنز (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-72416-6
المصدر:
https://techxplore.com/news/2026-08-ribbon-fiber-pressure-sensitivity-higher.html
