السيارة الحديثة عبارة عن هيكل مصنوع من معادن متعددة. ولضمان سلامة المركبات وكفاءتها في استهلاك الوقود، لطالما استخدم المهندسون هياكل هجينة: «قفص» فولاذي صلب للمقصورة الداخلية لحماية الركاب، وألواح ألومنيوم خفيفة الوزن (للأبواب وغطاء المحرك والرفارف) لتقليل الوزن الإجمالي.
لكن هنا تكمن المشكلة الهندسية الرئيسية. فعند تثبيت باب ألومنيوم خفيف الوزن على دعامة فولاذية قوية، أو لحام دعامة جانبية فولاذية بإطار فرعي من الألومنيوم، تبدأ المعادن بالتداخل. أثناء اللحام التقليدي، تتشكل طبقة صلبة للغاية ولكنها هشة عند الوصلة - ما يُعرف بالمركبات بين الفلزية. تخيل وجود مادة لاصقة بين قطعتين من المطاط: تبدو متينة، ولكن إذا اصطدمت السيارة بحفرة أو حتى اهتزت بفعل المحرك، تتشقق الوصلة ويسقط الجزء.
وقد وجد علماء من جامعة جنوب الأورال الحكومية، بالتعاون مع زملائهم من الصين، حلاً مبتكراً. فقد قرروا عدم صهر المعادن بالكهرباء فحسب، بل «رجّها» بقوة في الوقت نفسه. تعتمد تقنية اللحام النقطي الجديدة على الموجات فوق الصوتية بقوة تقارب 1200 واط. وهي نفس الاهتزازات الصوتية التي يستخدمها أطباء الأسنان لإزالة الجير، ولكنها أقوى بكثير. أثناء اللحام، تخترق الموجة فوق الصوتية المعدن المنصهر، فيحدث تأثير مذهل: تصبح البلورات داخل اللحام دقيقة وناعمة (يتقلص حجمها بنحو الخمس). أما الطبقات الهشة التي كانت تُضعف البنية سابقًا، فقد أصبحت الآن أرق بمقدار النصف. تعمل الموجات فوق الصوتية على إخراج فقاعات الهواء من المعدن، مما يُنتج لحامًا محكمًا تمامًا.
نتائج الاختبارات مبهرة: فقد تضاعفت قوة الوصلات، وتضاعف عمر المكونات تقريبًا (بنسبة 1.9 مرة). الآن، ستتمكن المكونات من تحمل الاهتزازات المستمرة لسنوات دون أي تشقق.
يفتح هذا المجال أمام ابتكار منتجات جديدة كليًا.
السيارات الكهربائية: سيصبح هيكلها أخف وزنًا بكثير، ما يعني أن السيارة ستقطع مسافة أطول بكثير بشحنة واحدة.
الطائرات: ستصبح الطائرات أخف وزنًا، وستتمكن من نقل عدد أكبر من الركاب أو الأمتعة، ما يوفر أطنانًا من الكيروسين.
البناء: سيتم تشييد الجسور والمباني الشاهقة باستخدام مكونات معدنية مختلفة مثبتة معًا بإحكام أكبر من الخرسانة المتجانسة.
نُشرت الدراسة في المجلة العلمية الرائدة (ميكانيكا كسر الهندسة) / Engineering Fracture Mechanics https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2026.112382