نسل بعدی بریستل های مصنوعی: تحقیقات دانشگاهی نوآوری در رشته را به پیش می برد

در حوزه مراقبت شخصی، نظافت صنعتی و ابزارهای پزشکی، موهای مصنوعی مدت‌هاست که به دلیل دوام، مقرون‌به‌صرفه بودن و تطبیق‌پذیری‌شان مورد توجه قرار گرفته‌اند. با این حال، با افزایش تقاضای مصرف‌کننده برای پایداری، عملکرد و ایمنی، رشته‌های مصنوعی سنتی – که اغلب از پلاستیک‌های غیرقابل تجزیه زیست‌تخریب‌پذیر مانند نایلون یا پلی‌استر به دست می‌آیند – با بررسی‌های فزاینده‌ای روبه‌رو می‌شوند. وارد آزمایشگاه‌های تحقیقاتی دانشگاه شوید، جایی که دانشمندان در حال پیشروی نسل بعدی برس‌های مصنوعی هستند که بازتعریف این رشته‌های کوچک می‌توانند انجام دهند.

در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT)، تیمی به رهبری پروفسور علم مواد، دکتر النا مارچنکو، بر روی فناوری نانو تمرکز کرده اند تا عملکرد موها را افزایش دهند. کار اخیر آنها که در Advanced Materials منتشر شده است، یک "پوشش مهندسی شده نانو" را برای رشته های مصنوعی معرفی می کند. این تیم با قرار دادن لایه نازکی از نانوذرات اکسید روی روی پایه های پلی پروپیلن، موهای زائد با 99.8 درصد اثر ضد باکتریایی ایجاد کرده اند که برای کاربردهایی مانند برس های پزشکی یا ابزارهای پاکسازی صورت بسیار مهم است. دکتر مارچنکو توضیح می‌دهد: «موهای مصنوعی سنتی می‌توانند باکتری‌ها را در ریز شیارها نگهداری کنند. پوشش ما نه تنها میکروب ها را از بین می برد، بلکه اصطکاک را نیز کاهش می دهد و موها را نرم تر و ملایم تر می کند.

در سراسر اقیانوس اطلس، امپریال کالج لندن در حال مقابله با پایداری است. آزمایشگاه پروفسور جیمز ویلسون با استفاده از پلیمرهای مشتق شده از جلبک، یک رشته مصنوعی مبتنی بر زیست تولید کرده است. برخلاف پلاستیک‌های نفتی، این رشته‌ها در محیط‌های دریایی در عرض 18 ماه تجزیه زیستی می‌کنند و در عین حال استحکام کششی قابل مقایسه با نایلون را حفظ می‌کنند. ویلسون خاطرنشان می کند: «پیشرفت کلیدی، ترکیب پروتئین های جلبکی با درصد کمی از پلی استر گیاهی بود. این ساختار هیبریدی در برابر جذب آب مقاومت می‌کند – برای برس‌های حیاتی که نیاز به حفظ کف دارند – در حالی که هنگام دور ریختن به طور طبیعی تجزیه می‌شود. آزمایشات اولیه با برندهای لوکس اصلاح نشان می دهد که موهای مبتنی بر جلبک در حفظ کف تا 15 درصد بهتر از گزینه های سنتی هستند.

بخش مهندسی شیمی دانشگاه Tsinghua نزدیک به خانه، از هوش مصنوعی برای بهینه‌سازی طراحی مو استفاده می‌کند. محققان با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشینی، بیش از 10000 پیکربندی برس را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند که از نظر قطر، مخروطی و بافت سطح متفاوت بودند تا ساختار ایده‌آل برای برس‌ها را شناسایی کنند. نتیجه؟ فیلامنتی با شیب مخروطی که نرمی موهای گورکن طبیعی را با دوام مواد مصنوعی ترکیب می کند. دکتر لی وی، سرپرست تیم تحقیق، می‌گوید: «هوش مصنوعی به ما این امکان را داد که شبیه‌سازی کنیم که شکل موها چگونه بر توزیع کف و احساس پوست تأثیر می‌گذارد. روش‌های سنتی آزمون و خطا سال‌ها طول می‌کشید؛ ما در عرض شش ماه به آن دست یافتیم.»

این نوآوری ها به چالش های مهم صنعت می پردازند. برای تولیدکنندگان، رشته های نسل بعدی مسیری را برای برآورده کردن مقررات سختگیرانه اتحادیه اروپا در مورد پلاستیک های یکبار مصرف و تقاضای مصرف کنندگان برای محصولات سازگار با محیط زیست ارائه می دهند. برای کاربران نهایی، نرمی بهبود یافته، خواص ضد باکتریایی و پایداری به تجربه بهتر کاربر تبدیل می شود. همانطور که دکتر مارچنکو می گوید: "موهای مصنوعی دیگر فقط یک جایگزین ارزان برای الیاف طبیعی نیستند. آنها به لطف تحقیقات دانشگاهی که مرزهای علم مواد را پیش می برند، به استاندارد طلا تبدیل می شوند."

با نگاهی به آینده، همکاری بین دانشگاه و صنعت کلید خواهد بود. چندین دانشگاه، از جمله MIT و امپریال کالج، قبلاً با تولید کنندگان پیشرو برس برای تولید مقیاس همکاری کرده اند. ویلسون پیش‌بینی می‌کند: «پنج سال آینده شاهد ورود این نوآوری‌های آزمایشگاهی به قفسه‌های فروشگاه‌ها خواهیم بود». «مصرف‌کنندگان به زودی بین برس‌های مبتنی بر جلبک‌های زیست تخریب‌پذیر و ابزارهای پاک‌سازی بهینه‌شده با هوش مصنوعی انتخاب خواهند کرد، گزینه‌هایی که یک دهه پیش غیرممکن بود.» برای صنعت پرزهای مصنوعی، آینده فقط جایگزینی الیاف طبیعی نیست، بلکه تصور مجدد آنچه رشته ها می توانند به دست بیاورند است.