تعزيز الجنود الطينية محسنًا بالطوبولوجيا مثبت بتجارب الطاولة الهزازة وتحليل العناصر المحدودة

حماية جيش هش

الجنود الطينيون، المدفونون لأكثر من ألفي عام والمطلق عليهم أحيانًا «العجيبة الثامنة في العالم»، أضعف بكثير مما توحي به أوضاعهم الثابتة. اليوم يقفون في المتاحف وقاعات التنقيب معرضين لقوة الجاذبية، وتدهور المواد بفعل الزمن، وخطر الزلازل المستمر. تستكشف هذه الدراسة كيف يمكن للمهندسين إخفاء دعامات ذكية ومصممة خصيصًا داخل هذه الأشكال الطينية المجوفة بحيث تظل آمنة ومستقرة دون أن تفسد منظر الزائرين.

لماذا تحتاج التماثيل القديمة إلى مساعدة حديثة

على عكس القطع الصغيرة المحفوظة في صناديق عرض، فإن الجنود الطينيين بالحجم الطبيعي طويلون وثقيلون ويقفون على قواعد صغيرة نسبيًا. بعد قرون تحت الأرض، ضعفت طينتهم وظهرت بها عيوب خفية. عندما يعاد تركيبها ويعرضها للزوار، يمكن لوزنها الذاتي وأي اهتزازات أرضية أن تركز قوى على مناطق حساسة مثل الكاحلين والحافة السفلية للرداء. إذا أصبحت تلك القوى مرتفعة جدًا، قد تتفتح الشقوق مجددًا أو يحدث ضرر جديد، ما يسبب ما يسميه المحافظون «الضرر الثانوي» — وهو تلف يحدث بعد الترميم. الوقاية من هذا النوع من الفشل أمر حاسم، لأن إعادة تكسر هذه التماثيل يعني خسارة تاريخية لا يمكن التراجع عنها.

تصميم دعامات ذكية باستخدام الأدوات الرقمية

استخدم الباحثون نسخة طبق الأصل بحجم كامل لاختبار طريقة جديدة لتصميم الدعامات الداخلية. بدأوا بمسح التمثال بجهاز ليزر ثلاثي الأبعاد عالي الدقة، محولين ملايين نقاط السطح إلى نموذج رقمي مفصل. ثم استُخدم هذا النموذج في محاكاة حاسوبية تحسب كيف ينحني التمثال وأين تتركز الإجهادات تحت وزنه الذاتي وأثناء زلازل محاكاة. أكدت النتائج أن المناطق الأكثر عُرضة للخطر تقع حول الحافة السفلية للرداء، والتقاطع مع الساقين، والكاحلين. بدلاً من الاعتماد على هياكل معدنية تقليدية موحدة، حدد الفريق منطقة حلقيّة تحت الرداء وطلب من الحاسوب «نحت» أي مادة دعم غير لازمة فعلاً.

ترك الحاسوب ينحت الشكل الأفضل

تعمل عملية النحت هذه، المسماة تحسين الطوبولوجيا، مثل نحات محترف منضبط للغاية. بدءًا من حلقة مجوفة بسيطة على شكل قطع ناقص، أجرى البرنامج دورات متعددة من التحليل. في كل دورة، شُطبت القطع الصغيرة التي تحمل أقل حمولة واحتُفظ بتلك التي تؤدي العبء الأكبر، مع تتبع مقدار المواد والقوة المكتسبة أو المفقودة. عبر عشرات الخطوات، تطور الشكل إلى هيكل داعم فعال ومتفرع: حلقة علوية بيضاوية متصلة بالقاعدة بواسطة ثمانية أرجل نحيلة، سُهل لاحقًا تبسيطها إلى أربعة قضبان قوية أسهل في التصنيع وأقل لفتًا للانتباه. اتفقت النماذج الحاسوبية وطريقة تحسين أكثر تقليدية على أن هذا الترتيب يوفر أفضل دعم للجزء السفلي من التمثال مع استخدام مادة نسبياً قليلة.

اختبار الدرع الخفي ضد الزلازل

لمعرفة ما إذا كانت الحامل المحسّن تحمي التمثال فعلاً، بنى الفريق الحامل من فولاذ هيكلي قياسي ووضعوه داخل نسخة طبق الأصل واحدة، تاركين نسخة ثانية دون دعم كعينة ضابطة. رُكّبت النسختان على طاولة هزازة وتعرّضتا لسجل زلزال معروف بثلاث شدات مختلفة، حتى اهتزازات قوية جدًا. سجّلت أجهزة استشعار مثبتة على الكتفين مقدار حركة كل محارب وتسارعه. بدون الحامل، انحرف النسخة بشكل ملحوظ عند المستوى الأعلى، وزادت التسارعات عند الكتف مقارنة بحركة الأرض. مع وجود الحامل، قُطعت هذه التسارعات عادة إلى النصف وكان الانحراف أقل بكثير، بينما انخفضت الإجهادات في منطقة الرداء بنحو أربعين بالمئة. والأهم من ذلك، أن أيًا من النسختين لم يتعرض لضرر مرئي أثناء الاختبار، مما يدل على أن الطريقة تحمي دون تحميل الطين بشكل مفرط.

صنع دعامات تكاد تختفي

رغم فعالية الأقواس الفولاذية من الناحية الميكانيكية، فإنها صلبة ومعتمة، ما قد يخدش الأسطح الهشة ويشتت الانتباه عن التمثال. لذلك استكشف الفريق بلاستيكًا بدرجة الفضاء يسمى البوليكربونات، مادة شفافة وقوية تُستخدم غالبًا في الزجاج الواقي. باستخدام نفس استراتيجية التحسين، صمموا حاملًا شبيهًا بصريًا لكنه مصنوع من هذا البلاستيك الشفاف. أظهرت المحاكاة أن نسخة البوليكربونات لا تزال تقلل الحركات المتعلقة بالزلازل بنحو 39 بالمئة — أقل قليلًا من الفولاذ، لكن كافية للحفاظ على استقرار التمثال في السيناريوهات المختبرة. وبما أن البلاستيك أخف بكثير وأقل احتكاكًا ويسمح بمرور نحو 90 بالمئة من الضوء، فإنه يقدم دعمًا خفيًا يكاد الزائر لا يلاحظه بينما يظل يحمي العمل الفني.

طرق جديدة لحماية الكنوز القديمة

بعبارات مبسطة، تُظهر هذه الدراسة أنه من الممكن إعطاء الجنود الطينيين «هيكلًا خارجيًا» غير مرئي مُفصّلًا بدقة لنقاط ضعفهم. من خلال الجمع بين المسح ثلاثي الأبعاد، والمحاكاة الحاسوبية، واختيار المواد الذكية، يمكن للمحافظين تصميم دعامات تتقاسم الحمل بهدوء مع الطين القديم، وتخفف من تأثير الزلازل، وتقلل احتمال التشقق في المستقبل. ويمكن توسيع نفس سير العمل ليشمل آثارًا كبيرة وهشة أخرى — مثل التماثيل الخزفية، والتماثيل الحجرية، أو التماثيل الخشبية المجوفة — ما يوفر مجموعة أدوات قوية للحفاظ على تراث العالم قائمًا بأمان للأجيال المقبلة.

الاستشهاد: Zhu, L., Liu, X., Lan, D. et al. Topology-optimized reinforcement of Terracotta Warriors validated by shaking-table testing and finite-element analysis. npj Herit. Sci. 14, 231 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-025-02249-x

الكلمات المفتاحية: الجنود الطينيون, حفظ التراث الثقافي, حماية من الزلازل, دعامات محسّنة بالطوبولوجيا, أقواس من البوليكربونات