Multiscale mechanical performance of plant-based and hybrid yarns for biodegradable fishing Net
تُظهر هذه الدراسة أنه بينما تتغير تصنيفات أداء المواد عبر مقاييس الخيوط والعُقد والشباك، فإن أنظمة خيوط معينة قائمة على النباتات وهجينة (لا سيما PALF/PALF) تقدم تنافسية ميكانيكية واعدة لتطوير شباك صيد أقل استدامة في البقاء وقابلة للتحلل الحيوي مقارنة بالبوليستر التقليدي.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يختنق المحيط حالياً بشكل صامت ومستمر بسبب نوع من التلوث: معدات الصيد المهجورة. فعندما تُفقد الشباك أو الفخاخ أو الخيوط في البحر، فإنها لا تتلاشى ببساطة، بل تظل تنجرف لسنوات، وتستمر في اصطياد الأسماك والسلاحف والطيور البحرية فيما يُعرف بظاهرة "الصيد الشبح". لعقود من الزمن، كان الحل لهذه المشكلة هو استبدال الألياف الطبيعية مثل القطن أو القنب بالبلاستيك الصناعي مثل النايلون أو البوليستر. هذه المواد المصنوعة من الإنسان قوية للغاية وتقاوم التعفن، وهو أمر ممتاز لشبكة الصياد، لكنه كارثي على البيئة عندما تُفقد المعدات؛ فالمتانة ذاتها التي تجعلها مفيدة هي أيضاً ما يجعلها تبقى في المحيط لقرون، وتتفكك إلى جزيئات بلاستيكية دقيقة وتستمر في إلحاق الضرر بالحياة البحرية. يبحث العلماء الآن عن حل وسط: مواد قوية بما يكفي لصيد الأسماك، ولكنها قابلة للتحلل الحيوي بما يكفي لتختفي إذا فُقدت. ويكمن التحدي في العثور على ألياف نباتية يمكنها مضاهاة قوة البضاعة البلاستيكية دون أن تتفكك بسرعة كبيرة أثناء الاستخدام.
قام فريق من الباحثين في جامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا باختبار هذه الفكرة من خلال بناء وكسر شباك صيد مصنوعة من الألياف النباتية. وقد ركزوا على مادتين طبيعيتين محددتين: ألياف أوراق الأناناس، وهي منتج ثانوي من صناعة الفاكهة، والقنب، وهو محصول نسيجي تقليدي. ولرؤية مدى قدرة هذه المواد على الصمود في العالم الحقيقي، لم يكتفِ الباحثون باختبار خيط واحد بسيط، بل فحصوا المواد على ثلاثة مستويات مختلفة من التعقيد، بدءاً من خيط مغزول بسيط، وصولاً إلى قسم معقود، وأخيراً لوحة شبكة كاملة. وقارنوا بين هذه الخيارات النباتية والبوليستر القياسي ومزيج من الاثنين. كان الهدف هو فهم كيف تتغير قوة الألياف عند غزلها، وعقدها، ونسجها في شبكة، لأن المادة التي تكون قوية على الطاولة قد تسلك سلوكاً مختلفاً تماماً عندما تكون جزءاً من هيكل معقد تحت تأثير الشد.
بدأ الباحثون بغزل خيوط هذه الألياف معاً لإنشاء خيوط مزدوجة الالتواء، واختبروها بمستويات مختلفة من الإحكام للعثور على النقطة المثالية التي تكون فيها المادة في أقوى حالاتها. واكتشفوا أن العلاقة بين مدى إحكام غزل الخيط وقوته ليست متساوية لجميع المواد. فبالنسبة لألياف أوراق الأناناس، أصبحت الخيوط أقوى بشكل ملحوظ عند غزلها إلى مستوى متوسط محدد، ولكن إذا غُزلت بإحكام شديد، أصبحت في الواقع أضعف. وفي المقابل، كانت خيوط البوليستر تصبح أكثر مرونة ببساطة مع زيادة الغزل. ومن خلال تحليل البيانات، حدد الفريق مستوى التواء معيناً يوفر أفضل توازن إجمالي بين القوة والمرونة لجميع المواد التي اختبروها، مما يجعله الحالة المثالية لبناء الشباك. كما عرضوا الألياف لمياه البحر لمعرفة مدى تحللها. وكانت النتائج صارخة: ظل البوليستر دون تغيير إلى حد كبير، بينما أظهر القنب وألياف الأناناس علامات واضحة على التآكل، بما في ذلك الشقوق والأسطح المتقشرة، مما أكد أن المواد النباتية كانت بالفعل عرضة للبيئة البحرية.
بعد ذلك، انتقل الفريق إلى العقدة، وهي أهم نقطة فشل في أي شبكة صيد. فعندما تُسحب الشبكة، تشتد العقد وتتحمل وطأة القوة. قام الباحثون بربط عقد "النسّاج المزدوجة" (double weaver's knots)، وهي نوع قياسي يُستخدم في الصيد، وسحبوا الخيوط حتى انكسرت. وهنا، تغير أداء المواد بطرق مفاجئة. فقد تحملت خيوط ألياف الأناناس النقية أعلى وزن مطلق قبل الكسر، بل وتفوقت على البوليستر في هذا الاختبار المحدد. ومع ذلك، كانت الخيوط القائمة على البوليستر أفضل في الاحتفاظ بقوتها الأصلية بعد ربطها في عقدة. وكان خيط القنب النقي هو الأسوأ أداءً، حيث فقد أكثر من نصف قوته بمجرد عقده. سلط هذا الاكتشاف الضوء على درس مهم: المادة التي تكون قوية بمفردها لا تعني بالضرورة أنها ستصنع عقدة قوية. بدا أن السطح الخشن لألياف الأناناس يساعدها على التماسك مع بعضها البعض بإحكام داخل العقدة، مما يسمح للهيكل بإعادة ترتيب نفسه والاشتداد دون أن ينكسر فوراً، بينما كانت ألياف القنب الأكثر نعومة تنزلق وتفشل في وقت مبكر.
أخيراً، قام الباحثون بتجميع هذه الخيوط في لوحات شبكية صغيرة لمعرفة كيف يتصرف الهيكل بأكمله تحت الحمل. واستخدموا عمليات محاكاة حاسوبية لمقارنة الشباك ذات الفتحات الصغيرة بتلك ذات الفتحات الكبيرة، ووجدوا أن الشباك ذات الفتحات الأكبر توزع الإجهاد بشكل أكثر توازناً ويمكنها تحمل المزيد من الوزن قبل الفشل. وعندما اختبروا الشباك الفعلية، ثبت أن شبكة ألياف الأناناس النقية كانت الأكثر متانة، حيث تحملت أعلى قوة قبل الكسر. فقد كانت قادرة على التمدد وإعادة توزيع الحمل عبر الشبكة بأكملها، مما منع أي نقطة واحدة من الفشل المبكر. كما كانت شبكة البوليستر قوية جداً أيضاً، رغم أنها وصلت إلى حدها الأقصى بسرعة أكبر قليلاً. أما شبكة القنب، فرغم امتلاكها نمط تمدد منتظم للغاية، إلا أنها فشلت عند وزن أقل بكثير. وخلصت الدراسة إلى أنه بينما يظل البوليستر هو المعيار للمتانة والمرونة، فإن نظام ألياف الأناناس النباتي الكامل يعد بديلاً منافساً من الناحية الميكانيكية. وهذا يشير إلى أنه مع التصميم الصحيح، يمكن صنع شباك الصيد من موارد متجددة تكون قوية بما يكفي للقيام بالمهمة، ولكنها لطيفة بما يكفي لتختفي إذا فُقدت في البحر، مما يوفر مساراً واعداً نحو تقليل العبء البلاستيكي على المحيط.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.