ננו-שרשרת וסוכה לתפארת

כשהיינו ילדים שיחקנו בקיפולי נייר, אוריגמי (ביפנית: קיפול נייר). בנינו צפרדעים מקפצות, מטוסים מנייר ואפילו עגורים מרפרפים. בסוכות נפוצה תליית קישוטים מגוונים מרצועות ודפי נייר חתוך בדוגמאות שונות. עכשיו, כשגדלנו קצת ומותר לנו לגזור במספריים, זה הזמן להכיר את אומנות חיתוך הנייר - קיריגמי (ביפנית: חיתוך נייר).

חוקרים מאוניברסיטת קורנל פיתחו טכניקה ליצור מדפי גרפן צורות ומכונות תלת-ממדיות בעזרת שיטות שנלקחו מקיריגמי. גרפן הוא ננו-חומר, שפותח בשנים האחרונות. הוא עשוי שכבה אחת של אטומי פחמן שמחוברים זה לזה והוא החומר הדק ביותר בעולם וחזק פי 200 מפלדה באותו משקל. הגרפן גם מוליך חשמל וחום ביעילות. חוקרים משתמשים בגרפן ליצירת מכונות ומכשירים זעירים, חסכוניים באנרגיה, חזקים ועמידים, שיכולים להחזיק מעמד שנים רבות ובתנאים קשים.

רובוט עם זרועות

הבעיה עם הגרפן היא שהוא חומר דו-ממדי, וחוקרים מחפשים דרכים להפוך אותו לתלת-ממדי. החוקרים מקורנל העריכו שבגלל תכונותיו, הגרפן יתנהג כמו נייר. אחרי שקיבלו השראה מאומנות הקיריגמי הם חתכו וקצצו גרפן כדי ליצור צירים, קפיצים, וטרנזיסטורים נמתחים - אבני הבניין של מכונות רבות. החוקרים השתמשו בטכניקה לחיתוך חומרים בעזרת אור כדי לחתוך את דפי הגרפן לפי דוגמאות שמאפשרות להם לעצב אותם בקיריגמי. בהמשך הם השתמשו ברובוט נשלט מחשב עם זרועות העשויות מחטים לכיפוף וקיפול דפי הגרפן, החוקרים שלטו בתהליך בעזרת צפייה מבעד למיקרוסקופ.

החוקרים שיחקו עם חיתוכים שונים והצליחו ליצור מגוון של קפיצים: מקפיצים רכים מאוד, ועד קפיצים קשיחים מאוד. הם בנו פירמידות וסלילים ועוד צורות, היעד בסופו של דבר הוא לא אמנותי (למרות שהסרטונים מהמעבדה מרתקים) אלא לבנות מכשירים וננו-מכונות עמידים, חסכוניים באנרגיה ובחומר, ובעלי תכונות חדשות. אחד היעדים הבאים של החוקרים הוא לפתח שיטות לייצר צורות תלת-ממדיות בגרפן בעזרת אוריגמי, ללא חיתוכים.

זו דוגמה מופלאה לחוקרים עם מעוף, יצירתיות וראש פתוח, שלוקחים טכניקות, רעיונות וכלים מתחומי מדע אחרים, או אפילו מתחומים רחוקים ממדע ומצליחים להגיע להישגים מדעיים וטכנולוגיים שקשה מאוד היה להגיע אליהם ללא שילובים יוצאי דופן אלה.

דוגמאות נוספות למחקרים וטכנולוגיות כאלו הן, למשל, המעבדה שמשתמשת בהנדסה גנטית כדי לנסות ולהציל את הקרנפים; תחום ביולוגיה של מערכות שמייבא כלים מפיזיקה, ממחשבים, ממתמטיקה ועוד כדי לפתור בעיות בביולוגיה; הקריאה לשילוב אנשי אקדמיה מתחום מדעי החברה בחקר שינוי האקלים; ועוד.

• לקריאת המחקר המלא בכתב העת Nature, לחצו כאן.