البكتيريا الصغيرة التي تعمل بالطاقة (مزرعة الرياح) ﻷجل هاتفك

فريق علماء من جامعة أكسفورد (Oxford) عرض طبيعة حركة البكتريا وكيفية تسخيرها لتجميع وتشغيل (مزارع الرياح) المجهرية — أو غيرها من الآلات المتناهية الصغر من صنع الإنسان مثل مكونات الهاتف الذكي.

الدراسة، التي نُشرت في مجلة العلوم (the journal Science Advances)، استخدم المحاكاة الحاسوبية لإثبات أن تأثير احتشاد الكثير من المواد الفعالة الكثيفة مثل البكتيريا يمكنها التنظيم لتدوير الدوارات ألاسطوانية الشكل، وتوفير مصدر طاقة ثابت.

ويقول الباحثون إن محطات الكهرباء المدفوعة بايولوجيًا يمكن أن تكون في يوم من الأيام محركات مجهرية لأجهزة مصغرة من صنع الإنسان وهي ذاتية التجميع وذاتية التشغيل – كل شيء من المفاتيح البصرية إلى ميكروفونات الهاتف الذكي.

المؤلف المشارك د. تايلر شيندروك (Tyler Shendruk) من جامعة أكسفورد قسم الفيزياء، قال: (العديد من تحديات الطاقة في المجتمع هي على نطاق جيجاواط (gigawatt)، لكن البعض منها بصراحة مجهرية. وطريقة واحدة اكيدة لتوليد كميات ضئيلة من الطاقة للأجهزة الصغيرة لحصدها مباشرةً من الأنظمة البيولوجية مثل البكتيريا المعلقة).

البكتيرية الكثيفة العالقة هي مثال نموذجي من السوائل النشطة التي تتدفق من تلقاء نفسها. في حين ان البكتيريا السباحة قادرة على التزاحم والحركة بتدفقات معيشية غير منظمة، وهي عادةً ما تكون ملخبطة جداً لإستخراج أي قوة مفيدة منها.

ولكن عندما غمر فريق أكسفورد شعرية من 64 دوارة مجهرية متماثلة في هذا السائل الفعال، وجد العلماء أن البكتيريا نظمت نفسها بشكل عفوي في الطريقة التي جعلت الدوارات المجاورة تبدأ بالدوران في اتجاهين متعاكسين – منظمة هيكلية بسيطة تذكرنا بمزرعة الرياح.

اضاف د. شيندروك أن: (الشيء المدهش هو أنه لم يكن لدينا من قبل تصميم توربينات على شكل معدات مجهرية. الدوارات فقط جمعت نفسها الى نوع من مزرعة الرياح البكتيرية).

عند محاكاة الدوار واحد مع الاضطرابات البكتيرية، فإنه فقط حصل على ركلة بشكل عشوائي. ولكن عندما نضع مجموعة من الدوارات في السائل، فأن البكتريا تشكل فجأة نمط منتظم، مع الدوارات المجاورة بغزل في اتجاهين متعاكسين.

المؤلف المشارك د. امين دوست محمدي (Amin Doostmohammad) من جامعة أكسفورد قسم الفيزياء، قال: ( القدرة على الحصول على كمية ضئيلة من الأعمال الميكانيكية من هذه الأنظمة البيولوجية هي قيمة لأنها لا تحتاج إلى مدخلات طاقة واستخدام العمليات الكيميائية الحيوية الداخلية لتحريكها).

في النطاق المجهري (المايكروي)، المحاكاتنا تبين أن التدفقات الناشئة بواسطة التجمعات البيولوجية قادر على إعادة تنظيم نفسها بطريقة لتوليد القوى الميكانيكية المستمرة عن تدور نسق من دوارات مجهرية.

المؤلفة الكبيرة جوليا يومانس (Julia Yeomans) من جامعة أكسفورد قسم الفيزياء، اضافت: ( الطبيعة رائعة في خلق محركات صغيرة، وهناك إمكانيات هائلة اذا كنا نستطيع فهم كيفية استغلال تصاميم مماثلة).

المصدر: هنا