۱۳ آگوست ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: نیتیکا والتر -تصویر نمایشی -گتی ایمیجز
محققان فناوری جورجیا ماده‌ای با الهام از صدف دریایی توسعه داده‌اند که می‌تواند نحوه استفاده از پلاستیک‌های بازیافتی را متحول کند و آنها را قوی‌تر، سازگارتر و تولید آنها را ارزان‌تر کند.این پیشرفت که توسط استادیار مهندسی هوافضا، کریستوس آتاناسیو، رهبری می‌شود، می‌تواند هزینه مواد بسته‌بندی دست‌نخورده را تقریباً ۵۰ درصد کاهش دهد و از دفن زباله‌های بیشتر جلوگیری کند.این کار به ناهماهنگی، یکی از بزرگترین مشکلات بازیافت، می‌پردازد.
کمتر از 10 درصد از 350 میلیون تن پلاستیک تولید شده در هر سال به طور موثر بازیافت می‌شود و وقتی هم بازیافت می‌شود، اغلب نمی‌توان به ماده حاصل برای کاربردهای با کارایی بالا اعتماد کرد.در بازیافت مکانیکی معمولی، پلاستیک‌ها به صورت ترکیبی غیرقابل پیش‌بینی ذوب می‌شوند.
این تصادفی بودن، مواد ضعیف‌تر و کم‌دوام‌تری ایجاد می‌کند که برای کاربردهای حیاتی مانند قطعات خودرو یا قطعات ساختمانی نامناسب هستند.با این حال، صدف‌های دریایی بر نقص متکی هستند. ساختار آنها که صدف مروارید نام دارد، از “آجرهای” معدنی شکننده‌ای ساخته شده است که با “ملات” پروتئینی نرم به هم متصل شده‌اند.
این معماری انرژی را هدر می‌دهد و از شکست فاجعه‌بار جلوگیری می‌کند و استحکام را بدون خلوص ایجاد می‌کند. تیم آتاناسیو این استراتژی طبیعی را برای طراحی کامپوزیت مصنوعی خود به عاریت گرفت.
این تیم از پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) بازیافتی، فیلم کششی شفافی که بارهای پالت را می‌پوشاند، استفاده کرد و آن را به صورت ورق برش داد. این “آجرها” با یک “ملات” پلیمری چسبنده نرم‌تر لایه‌بندی شدند تا از معماری صدف مروارید تقلید کنند.وقتی این ماده‌ی الهام‌گرفته از طبیعت روی یک چیدمان مکانیکی سفارشی آزمایش شد، عملکرد اصلی پلاستیک دست‌نخورده را حفظ کرد و در عین حال، تغییرپذیری در یک معیار کلیدی عملکرد – حداکثر کشیدگی – را بیش از ۶۸٪ کاهش داد.
محققان همچنین یک مدل زنجیره‌ی برشی کششی «آگاه از عدم قطعیت» را توسعه دادند تا نه تنها استحکام، بلکه قابلیت اطمینان عملکرد را نیز اندازه‌گیری کند.
فیلم کششی HDPE معمولاً پس از بازیافت نمی‌تواند برای هدف اصلی خود دوباره استفاده شود، زیرا قرار گرفتن در معرض نور خورشید، گرما و فشار، ساختار مولکولی آن را تغییر می‌دهد. آتاناسیو آن را به «استفاده‌ی مجدد از چتر نجات بدون بررسی پارگی» تشبیه می‌کند.با این حال، رویکرد الهام‌گرفته از صدف دریایی، قابلیت اعتماد ماده را بازیابی می‌کند و دری را به سوی استفاده‌ی مجدد با کارایی بالا می‌گشاید.
اگرچه این مطالعه بر روی پلاستیک‌ها تمرکز دارد، اما ارتباط آن با هوافضا واضح است. سیستم‌های فضایی به موادی نیاز دارند که در محیط‌های سخت قابل اعتماد باقی بمانند.همین اصول می‌توانند روزی به چالش بازیافت قمری ناسا کمک کنند، جایی که مواد زائد ممکن است به زیرساخت‌های بقا تبدیل شوند.
در مرحله بعد، این تیم قصد دارد این رویکرد را به سایر پلاستیک‌ها گسترش دهد، آن را با چسب‌های سبزتر جفت کند و پتانسیل آن را برای ساخت و سازهای خارج از زمین بررسی کند و ثابت کند که آنچه طبیعت در اقیانوس به کمال رسانده است، می‌تواند به حل مشکلات زباله در زمین و فراتر از آن کمک کند.
اگرچه این مطالعه بر روی پلاستیک‌ها تمرکز دارد، اما ارتباط آن با هوافضا واضح است. آتاناسیو گفت: “چه یک قطعه موشک قابل استفاده مجدد باشد و چه یک پناهگاه در مریخ، ما به موادی نیاز داریم که در کل چرخه عمر خود مقاوم باشند. مطالعه ما به یک مشکل اساسی مکانیک می‌پردازد: چگونه می‌توان سازه‌های قابل اعتمادی را از مواد غیرقابل اعتماد ساخت؟”
این تیم اکنون در حال گسترش این رویکرد به سایر پلاستیک‌های بازیافتی و آزمایش چسب‌های زیستی برای پایداری بیشتر است. آتاناسیو افزود: “طبیعت تصفیه نمی‌کند – سازماندهی می‌کند.”
“ما این فلسفه را در نظر می‌گیریم و آن را برای مشکلی که هم بر زمین و هم بر آینده اکتشافات فضایی تأثیر می‌گذارد، به کار می‌بریم.”
یافته‌های این مطالعه در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.
