اورشلیم، ۸ مه ۲۰۲۵ (TPS-IL) — لبههای نرم و منحنی گلبرگهای گل رز از دیرباز شاعران، هنرمندان و دانشمندان را مجذوب خود کرده است. اکنون، دانشمندان اسرائیلی هندسه پنهانی را کشف کردهاند که به این گلبرگها شکل مشخصه آنها را میبخشد و نه تنها یک راز گیاهشناسی، بلکه طرحی جدید برای مهندسی آینده را آشکار میکند که میتواند منجر به الکترونیک انعطافپذیرتر و عناصر معماری شود که “رشد میکنند”.
مطالعهای از دانشگاه عبری که اخیراً در مجله علمی معتبر ساینس منتشر شده است، نشان داد که لبههای نمادین و نوکتیز گلبرگهای رز با مکانیسمهای متفاوتی نسبت به آنچه قبلاً تصور میشد شکل گرفتهاند.
سالها دانشمندان فرض میکردند که ساختارهایی مانند برگها و گلبرگها عمدتاً از طریق ناسازگاری گاوسی – نوعی عدم تطابق هندسی که باعث خم شدن و پیچ خوردن سطوح در طول رشد میشود – شکل میگیرند.
با این حال، هنگامی که محققان – به رهبری پروفسور موشه مایکل و پروفسور عِران شارون در مؤسسه فیزیک راکاه – گلبرگهای رز را به دقت بررسی کردند، هیچ نشانهای از ناسازگاری گاوسی در کار نیافتند. در عوض، آنها دریافتند که اشکال گلبرگها توسط یک اصل هندسی به نام ناسازگاری مایناردی-کوداتزی-پیترسون هدایت میشود.
ناسازگاری گاوسی باعث تاب برداشتن صاف میشود که با خم شدن، چروک شدن و پیچ خوردن گلبرگها خود را نشان میدهد. اما ناسازگاری MCP منجر به ویژگیهای تیزتر مانند نوکها، چینها و امواج تیز میشود. در مورد گلبرگهای رز، با رشد آنها، تنش در لبهها متمرکز میشود. به دلیل ناسازگاری MCP، گلبرگ به طور طبیعی منحنیهای دراماتیک و نوکتیزی را تشکیل میدهد – نه چینهای تصادفی، بلکه الگویی قابل پیشبینی که توسط ضرورت هندسی هدایت میشود.
شارون گفت: “این تحقیق ریاضیات، فیزیک و زیستشناسی را به روشی زیبا و غیرمنتظره گرد هم میآورد. این نشان میدهد که حتی ظریفترین ویژگیهای یک گل نیز نتیجه اصول هندسی عمیق است.”
این تیم مدلسازی کامپیوتری، آزمایشهای آزمایشگاهی و شبیهسازیهای ریاضی را برای آزمایش نظریه خود ترکیب کرد و به طور مداوم دریافت که تنش MCP – و نه تنش گاوسی – مسئول منحنیهای منحصر به فرد گلبرگهای رز است. با رشد گلبرگ، تنش به ویژه در لبهها انباشته میشود و باعث میشود گلبرگ شکلدهی منحنیها و نوکهای مشخصه خود را ادامه دهد.
دانشمندان گفتند یکی از جذابترین یافتهها، حلقه بازخورد بین رشد و تنش است. با تمرکز تنش در نوکها، نحوه و محل ادامه رشد گلبرگ را هدایت میکند. به این ترتیب، هندسه و زیستشناسی در یک گفتگوی مداوم قفل شدهاند و شکل و عملکرد یکدیگر را شکل میدهند.
مایکل گفت: “شگفتانگیز است که چیزی به آشنایی گلبرگ گل رز، چنین هندسه پیچیدهای را پنهان میکند. آنچه ما کشف کردیم بسیار فراتر از گلها است – این پنجرهای به سوی چگونگی استفاده طبیعت از شکل و تنش برای هدایت رشد در همه چیز از گیاهان گرفته تا مواد مصنوعی است.”
این یافتهها امکانات جذابی را برای رباتیک نرم، الکترونیک انعطافپذیر و مواد هوشمند یا خودشکلدهنده باز میکند.
موادی که میتوانند بدون نیاز به موتور، مفاصل یا کنترلهای خارجی، شکل خود را به طور دقیق تغییر دهند، میتوانند منجر به رباتهای نرمتر و انعطافپذیرتر، به ویژه رباتهای جراحی و رباتهای جستجو و نجات شوند.
درک چگونگی کنترل شکل از طریق تنش داخلی مانند گلبرگها میتواند به مهندسان کمک کند تا مدارهای الکترونیکی و نمایشگرهای انعطافپذیر، تاشو یا قابل تغییر شکل ایجاد کنند که بسته به عملکردشان، شکل خود را تنظیم میکنند. علاوه بر این، کشف ناسازگاری MCP ابزار جدیدی را در اختیار مهندسان قرار میدهد تا موادی را طراحی کنند که خود را “برنامهریزی” میکنند تا بدون مونتاژ دستی، به اشکال پیچیده خم شوند، تا شوند یا چین بخورند. این میتواند بستهبندی، مصالح ساختمانی و سازههای قابل استقرار مانند ماهوارههایی که در فضا باز میشوند را متحول کند.
این مطالعه همچنین دری را برای عناصر معماری باز میکند که در موقعیت خود “رشد میکنند” یا بر اساس شرایط محیطی مانند گرما، رطوبت یا نور، شکل خود را تغییر میدهند.
این تحقیق ممکن است کاربردهای پزشکی نیز داشته باشد. از آنجایی که بافتهای بیولوژیکی نیز در طول رشد دچار تنشهای داخلی میشوند، این یافتهها میتوانند در نهایت به طراحی داربستهایی برای رشد اندامها یا بافتهایی که نیاز به شکلگیری پیچیده به طور طبیعی دارند، کمک کنند.