ممتصّ كهرومغناطيسي مُحاكى من درع الحلقات قابل للالتصاق والتبديل

درع للإلكترونيات غير المرئية

من السيارات الذاتية القيادة إلى محطات الجيل الخامس، عالمنا يمتلئ بالهوائيات وأنظمة الرادار التي ترسل وتستقبل موجات ميكروية باستمرار. هذه الإشارات قد تتداخل مع بعضها أو تكشف عن وجود أجهزة حساسة للرادار. تُقدّم هذه الدراسة نوعًا جديدًا من «درع الموجات الدقيقة» — مادة رقيقة ومرنة وقابلة للضبط مستلهمة من درع الحلقات في العصور الوسطى — يمكنها الالتصاق تقريبًا بأي شكل وامتصاص نطاق واسع من الموجات الميكروية غير المرغوب فيها.

لماذا تقصر الدروع التقليدية الأداء

الممتصات الميكروية التقليدية عادة ما تكون ألواحًا صلبة أو طلاءات. تعمل جيدًا على الأسطح المسطحة أو المنحنية بلطف، لكن الأجهزة الحديثة نادرًا ما تكون ذات أشكال بسيطة كهذه. السيارات، والطائرات، وصناديق الدوائر المعبأة بإحكام، وقباب الرادار تعرض انحناءات معقدة وأجزاء متحركة. حين تُثنى أو تُشدِّ هذه الممتصات لتناسب الشكل، تُشوَّه بنيتها الداخلية، ما يضعف الأداء وأحيانًا يكوّن إجهادًا ميكانيكيًا يقلل من عمرها. الإسفنجات المرنة والألواح المطاطية تساعد قليلاً، لكنها غالبًا ما تضحّي إما بالصلابة أو بعرض النطاق أو بالكفاءة، وتكافح عادة على الأسطح المنحنية في أكثر من اتجاه واحد في آن واحد، مثل السرج أو القبة.

اقتباس فكرة من درع العصور الوسطى

استعان الباحثون بفكرة رئيسية من درع الحلقات، ذلك الدرع القديم المصنوع من حلقات معدنية متشابكة. درع الحلقات قوي وقابل للانسياب: عناصر صلبة مرتبطة بخفة لتسمح بالانزلاق والدوران. بترجمة هذا المفهوم إلى الكهرومغناطيسيات، صمَّم الفريق وحدات صلبة صغيرة تتشابك معًا مثل النسيج. تتألف كل وحدة من إطار مربع مصنوع من بلاستيك عادي وبنية داخلية على شكل صليب مصنوعة من بلاستيك محمّل بأنابيب نانوية كربونية موصلة، تحول طاقة الموجات الدقيقة إلى حرارة بكفاءة. تتشابك عشرات هذه الحلقات المكعبة لتشكّل صفائح رقيقة يمكن طباعتها دفعة واحدة باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد مزدوجة الفوهة قياسية.

نسيج يمتص نطاقًا واسعًا من الموجات

يقوم التصميم الدقيق لهندسة الوحدة بمهمتين في آنٍ معًا. كهربائيًا، تعمل القطع الداخلية على شكل صليب كهوائيات صغيرة وحلقات مغناطيسية، مُحدِّدةً رنينات توسّع نطاق الترددات التي يستطيع الشِّعْر امتصاصها. التصميم النهائي، بسماكة 5.5 مليمترات فقط، يبتلع أكثر من 90% من الموجات الميكروية الواردة عبر معظم النطاق من 6.2 إلى 17.6 جيجاهرتز — وهو يغطي حِزَمًا مهمة تستخدم في رادارات السيارات والعديد من أنظمة الاتصالات — ويعمل لأنواع استقطابات وزوايا وصول مختلفة للموجات. ميكانيكيًا، تعطي العوارض والأعمدة المضافة كل وحدة قوة تقارب عشر مرات أقوى من الإصدارات السابقة، لذا يتصرف المِطرز كشبكة متينة قابلة للارتداء بدلاً من شبكة هشة.

يلتصق بالانحناءات دون فقدان الفاعلية

يتيح هيكل الحلقات للأجزاء الصلبة أن تميل وتدور بالنسبة بعضها بدلاً من الانحناء أو الشد. يُظهر الباحثون، عبر تحليل هندسي وتجارب، أن الشبكة يمكن أن تميل بشكل كبير في اتجاهات متعددة وحتى تتدلى بالكامل، مما يتيح لها الانسياب فوق الأصابع والمعصمين والأسطوانات والسرج والأسطح الكروية المختلطة. عندما تُثبَّت الصفيحة على أجسام معدنية منحنية وتُختبر في غرف قاتلة للصدى، تُقلل بشكل كبير المقطع العرضي للرادار — الحجم الظاهر الذي «يراه» الرادار — مع إبقاء متوسط الامتصاص دون تغيير تقريبًا. في الواقع، يتدهور أداؤها أقل بكثير من أداء ممتصات قياسية بسماكة مماثلة، خاصة عند الترددات الأعلى، ويمكنها التعامل مع أشكال لا تستطيع المواد الطبقية التقليدية الالتصاق بها.

تبديل الحِزَم مثل مقبض راديو

لأن الوحدات نفسها لا تتشوّه، استخدم المؤلفون خدعة أخرى لجعل الممتص قابلًا للضبط: غيّروا مدى إحكام حزم الوحدات معًا. بتمرير أربطة مطاطية عبر الصفوف الخارجية وسحب الحواف إلى الداخل بواسطة محرك صغير، يمكنهم تقليص الصفيحة بسلاسة من 30 إلى 24 سنتيمترًا عبر، أو السماح لها بالتمدد مرة أخرى. يجعل هذا الحركة الشبكة أكثف أو أرخى، مُزحزِحةً حزمة الامتصاص الأساسية بين ترددات ميكروية أدنى وأعلى. تُظهر القياسات أنه بالتبديل بين الأحجام، تغطي نفس الصفيحة الرقيقة بفعالية نطاقًا إجماليًا يقارب من 4.6 إلى 18 جيجاهرتز — أوسع مما يستطيع تصميم ثابت بنفس السماكة تحقيقه نظريًا. يحتفظ النظام بحالته دون طاقة مستمرة، يصمد لِما لا يقل عن 100 دورة تبديل، ويمكنه تحمل أحمال كبيرة، مما يجعله جذابًا للأجهزة العملية.

ماذا يعني ذلك للتكنولوجيا اليومية

لغير المتخصصين، الخلاصة أن الباحثين صنعوا نوعًا من درع الحلقات الذكي المطبوعة ثلاثيَّا الذي يجعل الأجهزة أقل ظهورًا للرادار وأقل عرضة لتداخل الموجات الميكروية، حتى عندما تملك هذه الأجهزة أشكالًا منحنية ومعقَّدة. على خلاف الألواح الصلبة أو الطلاءات القابلة للتمدد لكن الهشة، تجمع هذه المادة بين القوة والمرونة والقابلية للضبط في طبقة رقيقة واحدة. قد تساعد السيارات والطائرات بدون طيار ومعدات الاتصالات ومختبرات الاختبار في المستقبل على ضبط تفاعلها مع الموجات الراديوية المحيطة ديناميكيًا، مثل درع يغير مستوى حمايته حسب التهديد.

الاستشهاد: Tan, R., Zhou, J. & Chen, P. Chainmail-inspired conformable and switchable microwave metamaterial absorber. Nat Commun 17, 1904 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68694-9

الكلمات المفتاحية: ممتص الموجات الدقيقة, مادة فوقية متحكَمة, تمويه كهرومغناطيسي, إلكترونيات مرنة, هيكل شِبْك الحلقات