سطح یا پوششی را تصور کنید که هرگز مجبور به تمیز کردن آن نیستید به این دلیل که هرگز کثیف نمی‌شود. این سطح لکه‌ای به خود نگرفته و در برابر گرد و خاک و چربی مقاوم است. طبق پژوهشهای جدید صورت گرفته مشخص شده است که راز چنین درخشندگی طولانی مدت و بدون نیاز به شستشو ممکن است ساختارهای پنکیکی شکل میکروسکوپی باشد.

پیش از این هم سطوحی وجود داشته که از قابلیت تمیز شوندگی خودکار (self-cleaning) بهره می‌برده‌اند. اما نمی‌توان این دستمال‌ها، ظروف آشپزخانه و پنجره‌های دارای قابلیت تمیز شوندگی خودکار را از هیچ فروشگاهی خریداری نمود. اما دانشمندان در حال کار بر روی آن هستند. به همین زودی شاهد آن خواهید بود که پایه یا ستونهای میکروسکوپی سطح بسیاری از این وسایل را بپوشانند. نوعی ماده پوششی قرار گرفته بر روی این ساختارهای بسیار کوچک گرد و خاک و چربی را دفع می‌کند.‌ نواحی بالایی یا نوک این ستونهای باریک همچنین موجب می‌شوند جرم و کثیفی کمتری به سطح بچسبد. این کار به لغزیدن هر ماده کثیف و روغنی کمک می‌کند.

اما این میکرو ستونها هنوز تا رسیدن به نقطه ایده‌آل راه درازی در پیش دارند. این ستونهای بلند نازک به راحتی خم، شکسته یا گسسته و واژگون می‌شوند. با گذشت زمان گرد و خاک و چربی می‌توانند در اطراف ستونهای آسیب دیده جمع شوند. این تجمع آلودگی بدون بهره گرفتن از نوعی تمیز کننده به سختی از محل زدوده می‌شود. و چنانچه سطح مورد نظر شیشه باشد، این ستونهای شکننده مشکلات حتی بیشتری بوجود می‌آورند. تکه‌های خم و شکسته شده و مواد کثیف و چسبناک با نوری که از میان شیشه عبور می‌کند، تداخل پیدا می‌کنند. این امر می‌تواند تصاویر دیده شده از میان آنها را تار یا غیر طبیعی سازد.

دانشمندان در نروژ جهت رفع این مسائل رویکرد جدیدی اتخاذ کردند. آنها بجای استفاده از ستون، از اشکال پنکیکی کوتاه‌تر استفاده نمودند. و تاکنون، این پنکیک‌ها به نظر می‌رسد که این مشکل را حل نموده‌اند. پنجره‌‌ای که در اقیانوس مورد آزمایش قرار گرفت به مدت بیش از یک سال تمیز و شفاف باقی ماند.

آب در اطراف ساختارهای کوتاه‌تر راحت‌تر جریان می‌یابند. به گفته‌ی بودیل هولست (Bodil Holst‎): «برخلاف ستون‌ها آب به راحتی از میان پنکیک‌های با ساختارهای میکروسکوپی حرکت می‌کند». او فیزیکدان دانشگاه برگن (Bergen) در نروژ می‌باشد. در ساختارهایی که دارای ستونهای بلندتر هستند، مولکولهای بیشتری از آب، دچار کندی شده به این دلیل که سعی می‌کنند از این ساختارها عبور نمایند. آب در اطراف ساختارهای کوتاه‌تر راحت‌تر جریان می‌یابند. در زیر آب، این مایع مانع چسبیدن چرک و کثافت می‌شود. در واقع این امر نوعی قابلیت تمیز شوندگی خودکار را فراهم می‌سازد، به این معنی که سطح مورد نظر نیاز به پوشش ضد کثیفی نخواهد داشت.

شکل قطور پنکیک‌ها همچنین آنها را با دوام‌تر می‌سازد. هولست عنوان می‌کند که دو تکه گچ را در نظر بگیرید، یکی از آنها بلند و باریک و دیگری کوتاه و تخت است. او یادآور می‌شود که: «به منظور شکستن گچ کوتاه نیاز به تلاش بیشتری است». «به همین ترتیب، شکستن پنکیک‌های میکروسکوپی در مقایسه با ستونها مستلزم تلاش بیشتری است».
در آزمایشات صورت گرفته توسط تیم او، پنکیک‌ها به همان شکل و در جای خود به همان صورت سخت و محکم باقی ماندند. گروه هولست یافته‌های خود در تاریخ 12 دسامبر سال 2018 در نشریه نانو لترز (Nano Letters) منتشر ساختند.

یک مشکل واضح

پروژه پنکیک به دلیل وجود مشکلی در دنیای واقعی شکل گرفت. نورین اختر (Naureen Akhtar‎) توضیح می‌دهد که: «شرکتی که با آن همکاری می‌کنیم از حسگرهای حساس به نور جهت آزمایش کیفیت آب استفاده می‌کند». او که یک فیزیکدان است با هولست در دانشگاه برگن همکاری می‌کند. «مشکل آن است که حسگر در پشت پنجره‌ای قرار گرفته که بسیار سریع کثیف می‌شود بطوریکه گاهی تنها پس از یک هفته این اتفاق رخ می‌دهد».

تمیز کردن مرتب این پنجره وقت و انرژی با ارزش زیادی را به هدر می‌دهد. بنابراین این شرکت خواستار پنجره‌ای بود که به طور خودکار تمیز شده و دوام طولانی مدتی داشته باشد. و آن زمانی بود که تیم هولست و اختر به اختراع خود یعنی پنکیکی کردن سطح مورد نظر دست یافتند.

آنها به محض ساختن شیشه جدید خود، آن را آماده آزمایش در آب اقیانوس نمودند. برای این کار، شیشه قدیمی روبروی حسگرها را که به راحتی کثیف می‌شد با شیشه مزین به پنکیک جایگزین کردند.

این پژوهشگران و شرکت آنها از نتایج بدست آمده بسیار خرسند هستند. به گفته اختر در برخی موارد، آنها زمان میان تمیز شدن پنجره را از هفتگی به سالیانه افزایش دادند.

شیشه آنها همچنین در آزمایشگاه به خوبی عمل کرد. در یکی از آزمایشات، یک پنجره شیشه‌ای تمیز در مخلوطی روغنی به مدت 46 ساعت فرو برده شد. در پایان این زمان پنجره از چرک و روغن کاملاً پوشیده شده بود. پژوهشگران این آزمایش را با پنجره‌ی شیشه‌ای تکرار کردند که سطح آن با میکرو پنکیک‌هایی پوشیده شده بود. اما در آخر این پنجره کاملاً تمیز باقی ماند.

قرار گرفتن در یک مخلوط روغنی شیشه واقع در سمت چپ را کثیف و تار نمود. اما پنجره با قابلیت تمیز شوندگی خودکار واقع در سمت راست حتی پس از 46 ساعت همچنان تمیز باقی ماند.

به گفته گرِث مک کاینلی (Gareth McKinley) از مؤسسه فناوری ماساچوست در کمبریج: «گاهی اوقات استفاده از این فناوری در نواحی دور افتاده یا دور از دسترس بسیار مفید خواهد بود». او مهندس مکانیک بوده اما در این پروژه همکاری نداشته است. او خاطر نشان می‌کند: «کار کاملاً دشواری است که از انسان یا ربات جهت تمیز کردن پنجره در مکانهای زیر زمینی یا زیر آب استفاده نماییم».

اختر تصور می‌کند که این فناوری نوین می‌تواند در پنجره‌های کشتی‌ها و ناوهای اکتشافی بکار برده شود. حتی می‌تواند جلبک‌ها و باکتریها را از رشد بر روی لنزهای شیشه یک دوربین و حسگرهای زیر آب دور نگاه دارد. این نوع تجمع جلبکها و باکتریها را بیوفولینگ یا چسبندگی زیستی می‌نامند و می‌توانند در کار لنزها تداخل ایجاد نمایند.

این میکرو پنکیک‌ها هنوز جای بهبود و بهتر شدن دارند. مک کینلی خاطر نشان می‌کند که این سطح جدید، کثیف شدن شیشه را آهسته ساخته اما نمی‌تواند به طور کامل از آن ممانعت به عمل آورد. تیم هولست امیدوارند در آینده نسخه‌هایی از محصول خود را ارائه دهند که حتی بهتر از این عمل نمایند.

مترجم: رزیتا ملکی‌زاده

برگرفته از سایت sciencenewsforstudents