بقلم بيساخ بنسون • 9 سبتمبر 2025
القدس، 9 سبتمبر 2025 (TPS-IL) — طور علماء في إسرائيل طريقة رائدة لطي صفائح الزجاج إلى هياكل ثلاثية الأبعاد مجهرية مباشرة على شريحة، وهي عملية أطلقوا عليها اسم “الأوريغامي الفوتوني”، حسبما أعلنت جامعة تل أبيب يوم الثلاثاء. تتيح هذه التقنية، التي قد تمهد الطريق لأجيال جديدة من أجهزة معالجة البيانات والاستشعار والفيزياء التجريبية، تشكيل الزجاج إلى مكونات بصرية فائقة النعومة وعالية الأداء على نطاق كان يُعتقد سابقًا أنه غير قابل للتحقيق.
قال البروفيسور تال كارمون، الذي قاد البحث في كلية الهندسة الكهربائية بكلية فليشمان للهندسة في جامعة تل أبيب: “الطابعات ثلاثية الأبعاد الحالية تنتج هياكل ثلاثية الأبعاد خشنة ليست موحدة بصريًا وبالتالي لا يمكن استخدامها في البصريات عالية الأداء”. “محاكاة الطريقة التي تنحني بها قشور مخروط الصنوبر للخارج لإطلاق البذور، فإن تقنيتنا المستحثة بالليزر تسبب انحناءً دقيقًا في صفائح الزجاج فائقة الرقة ويمكن استخدامها لإنشاء أجهزة ميكروفوتونية ثلاثية الأبعاد شديدة الشفافية وناعمة للغاية لمجموعة متنوعة من التطبيقات.”
وفقًا للدراسة، أنتجت عملية الطي المستحثة بالليزر للفريق هياكل زجاجية يصل طولها إلى 3 ملليمترات وسماكتها 0.5 ميكرون فقط – أرق بحوالي 200 مرة من شعرة الإنسان. نجح الباحثون في تشكيل الزجاج إلى حلزونات بالإضافة إلى مرايا مقعرة ومحدبة، محققين أسطحًا ناعمة جدًا – بأقل من نانومتر واحد من التباين – بحيث ينعكس الضوء دون تشويه. نُشرت النتائج في مجلة Optica التي تخضع لمراجعة الأقران.
قال كارمون: “على غرار الطريقة التي يمكن بها للطابعات ثلاثية الأبعاد الكبيرة تصنيع أي عنصر منزلي تقريبًا، يمكن للأوريغامي الفوتوني تمكين مجموعة متنوعة من الأجهزة البصرية الصغيرة”. “على سبيل المثال، يمكن استخدامه لتوليد عدسات تكبير دقيقة يمكن أن تحل محل الكاميرات الخمس المنفصلة المستخدمة في معظم الهواتف الذكية أو لتصنيع مكونات ميكروفوتونية تستخدم الضوء بدلاً من الكهرباء – مما يساعد على دفع التحول نحو بدائل أسرع وأكثر كفاءة للإلكترونيات التقليدية في أجهزة الكمبيوتر لدينا.”
تم الاكتشاف بالصدفة. طلب كارمون من طالبة الدراسات العليا مانيا مالهوترا تحديد المكان الذي كان فيه ليزر غير مرئي يصطدم بقطعة زجاج عن طريق زيادة الطاقة حتى يتوهج المادة. بدلاً من التوهج، انطوى الزجاج.
قال كارمون: “لقد كانت لحظة بسيطة ولكنها غير متوقعة”. أصبحت مالهوترا فيما بعد الخبيرة الرائدة فيما أطلق عليه الفريق الآن اسم الأوريغامي الفوتوني.
الفيزياء وراء الطي أنيقة بشكل مدهش. عندما يتم تسخين جانب واحد من صفيحة الزجاج بالليزر، فإنه يصبح سائلاً لفترة وجيزة. يصبح التوتر السطحي أقوى من الجاذبية، مما يسحب الزجاج اللين إلى طية بالضبط حيث يتركز الليزر.
لتطبيق التقنية في إعدادات عملية، قام مهندس المختبر رونين بن دانيال بإنشاء طبقات رقيقة من زجاج السيليكا على رقائق السيليكون، والتي تم حفرها لتحرير الزجاج مع ترك دعامات صغيرة. باستخدام نبضات من ليزر ثاني أكسيد الكربون، أثبت الفريق أنه يمكن طي صفائح الزجاج في أقل من ميللي ثانية، تتحرك بسرعة 2 متر في الثانية مع تسارع يتجاوز 2000 متر في الثانية المربعة. قال كارمون: “كان من المثير رؤية السيليكا المطوية تحت المجهر”. “جاء مستوى التحكم الذي كان لدينا في الهندسة الميكروفوتونية ثلاثية الأبعاد كمفاجأة سارة – خاصة بالنظر إلى أنه تم تحقيقه بإعداد بسيط يتضمن شعاع ليزر واحد فقط يركز على الطية المطلوبة.”
ثنى الباحثون صفائح بسماكة تصل إلى 10 ميكرونات إلى أشكال تتراوح من الزوايا القائمة إلى اللوالب، بدقة 0.1 ميكروراديان. كان أحد أبرز عروضهم طاولة زجاجية خفيفة الوزن وقابلة للطي مع مرآة مقعرة مدمجة في قاعدتها. مستوحى من اقتراح نظري من قبل بي. كيه. لام من الجامعة الوطنية الأسترالية، يمكن للجهاز من حيث المبدأ أن يُرفع بصريًا لفحص الانحرافات المحتملة عن الجاذبية النيوتونية على نطاقات صغيرة جدًا – تجارب قد تلقي الضوء على الألغاز الكونية مثل المادة المظلمة.
التطبيقات المحتملة واسعة النطاق. يمكن للأوريغامي الفوتوني إنشاء عدسات تكبير دقيقة تحل محل العدسات متعددة التركيز الثابت الموجودة حاليًا في معظم الهواتف. بدلاً من استخدام خمس كاميرات منفصلة لقطات واسعة وقياسية وتقريب، يمكن لهيكل زجاجي مطوي واحد أداء جميع هذه الوظائف.
يمكن دمج الأجهزة البصرية الصغيرة عالية الأداء في رقائق للتشخيص الطبي والمراقبة البيئية والاستشعار الصناعي، حيث يكون الحجم والدقة أمرًا بالغ الأهمية. يمكن للمرايا الميكروية فائقة النعومة والموجهات الموجية المصنوعة بواسطة الأوريغامي الفوتوني تحسين شبكات الألياف الضوئية، مما يسمح بتوجيه بيانات أكثر إحكامًا وكفاءة على الرقائق.
في مجال الحوسبة البصرية، يمكن أن يساعد طي الزجاج فائق النعومة في مكونات ثلاثية الأبعاد دقيقة في بناء دوائر ميكروفوتونية تستخدم الضوء بدلاً من الكهرباء، مما يدعم معالجة بيانات أسرع وأكثر كفاءة مقارنة بالإلكترونيات القائمة على السيليكون.
يمكن أيضًا دمج البصريات القابلة للطي في الأقمار الصناعية أو الطائرات بدون طيار أو الأنظمة الأخرى حيث يكون الحجم والوزن والمتانة مهمين.
قال كارمون: “لم يتم سابقًا إثبات الميكروفوتونيات ثلاثية الأبعاد عالية الأداء”. “هذه التقنية الجديدة تجلب السيليكا الفوتونية – استخدام الزجاج لتوجيه الضوء والتحكم فيه – إلى البعد الثالث، مما يفتح إمكانيات جديدة تمامًا للأجهزة البصرية المتكاملة عالية الأداء.
