تأخذ المعكرونة المعبأة بشكل مسطح من المورفين أشكالًا ثلاثية الأبعاد أثناء طهيها

تأتي المعكرونة في العديد من الأشكال والأحجام ، والتي تعد جزءًا من البهجة الكامنة فيها. لكن كل هذه الأشكال غير المنتظمة تميل إلى أن تكون غير فعالة عندما يتعلق الأمر بالتغليف. إذن ماذا لو كان بإمكانك شراء المعكرونة التي تختارها في شكل بسيط ومضغوط ثنائي الأبعاد ثم مشاهدتها تأخذ الشكل النهائي ثلاثي الأبعاد المطلوب أثناء الطهي ، وبالتالي مضاعفة عامل المرح؟ اكتشف العلماء في جامعة كارنيجي ميلون (CMU) آلية بسيطة للقيام بذلك ، وفقًا لـ ورقة جديدة نشرت في مجلة Science Advances.

“لقد استوحينا الإلهام من الأثاث المعبأ بشكل مسطح وكيف أنه يوفر المساحة ، ويسهل التخزين ، ويقلل من البصمة الكربونية المرتبطة بالنقل ،” قال المؤلف المشارك لينينج ياومدير معمل المواد التحويلية في كلية علوم الكمبيوتر بجامعة CMU. “قررنا أن ننظر في كيف يمكن لتقنية تحويل المواد التي كنا نطورها في المختبر أن تصنع مكرونة معبأة بشكل مسطح توفر نتائج استدامة مماثلة.” وفقًا لحسابات الفريق ، حتى إذا قمت بتعبئة المعكرونة بشكل مثالي ، فسوف ينتهي بك الأمر مع ما يصل إلى 67 بالمائة من الحجم إلى الهواء. تعد القدرة على صنع معكرونة مسطحة للشحن والتي تأخذ شكلًا ثلاثي الأبعاد محددًا عند طهيها أحد الحلول المحتملة.

بدأ ياو والمؤلف المشارك وين وانج ، الذي يعمل أيضًا في جامعة كارنيجي ميلون ، بتجربة ما يسمونه “الشهية التحويلية” ، أو الطعام المتغير الشكل ، منذ عدة سنوات ، مستوحى من عملهم مع بكتيريا تتقلص أو تتمدد استجابة للرطوبة. نفس البكتيريا المستخدمة لتخمير فول الصويا لخلق ناتو، طبق إفطار ياباني شهير تنبعث منه صراحة مثل الجبن القديم (وبالتالي يمكن أن يكون طعمًا مكتسبًا).

بحلول عام 2017 ، كان ياو ووانغ ينتجان أفلام 2D الصالحة للأكل من البروتين أو السليلوز أو النشا. الافلام تحولت إلى أشكال ثلاثية الأبعاد لأنها تمتص الماء مثل أشكال المعكرونة (المعكرونة والروتيني في هذه الحالة) والزهور. وقد قورنت صفائح الجيلاتين الخاصة بهم بـ “الأوريجامي الصالح للأكل” وتتضمن أيضًا السباغيتي التي تنقسم تلقائيًا إلى نودلز أصغر عند غمرها في مرق ساخن. يعمل الجيلاتين جيدًا في هذا الأمر ، لأن مقدار تمدده مرتبط بكثافته ، وهو متغير سهل التعديل لإنشاء أشكال مخصصة.

هناك طبقتان للفيلم ، كل واحدة مصنوعة من الجيلاتين بكثافة مختلفة. الطبقة العلوية أكثر كثافة وبالتالي تمتص الماء أكثر من الطبقة السفلية. لذلك عندما يتم غمر الفيلم في الماء ، فإن الطبقة العلوية سوف تلتف فوق الطبقة السفلية لتشكيل قوس. وجد الباحثون أيضًا أنهم يستطيعون تحقيق قدر أكبر من التحكم في وقت ومقدار انحناء الأفلام من خلال تغطية الفيلم المكون من طبقتين بشريط مطبوع ثلاثي الأبعاد من السليلوز ، والذي يعمل كحاجز مائي ، وبالتالي التحكم في كمية الماء الموجودة في الطبقة العليا يتعرض ل. هاهو! كان لديهم أفلام جيلاتينية قابلة للبرمجة.

لم يكتف وانغ وياو بترك الأشياء في المختبر ، فتوجهوا إلى ماثيو ديليسل ، الذي كان يشغل منصب رئيس الطهاة ليسبالييه في بوسطن (تم إغلاقها منذ ذلك الحين) ، حول التعاون على دمج أفلام الجيلاتين الخاصة بهم في أطباق حقيقية. لم يخيب ديلايل. لقد قام بصنع سلطة باستا العوالق النباتية ، على سبيل المثال ، حيث تحولت المعكرونة من قرص مسطح إلى شكل سرج عندما رطب ، والذي يقترن به مع الطماطم الموروثة والحميض البري. قام بإقران أشكال المعكرونة المزهرة مع عيش الغراب والكمأ المخمر ، في حين أن المعكرونة الحلزونية للفريق سارت بشكل جيد مع الحبار وصفار البيض والبيض.

كان الطبق الأكثر تعقيدًا هو الكانولي الكافيار الشفاف ، بدءًا من أغشية بروتينية جافة على شكل مربع ، ثم غُمرها بعد ذلك في وعاء من الماء والكافيار. وبينما كانت الأغشية ترطب ، تلفت حول الكافيار ، “تملأ” الكانولي الأخير. تصور وانغ وياو طرقًا مماثلة تُستخدم يومًا ما لصنع الزلابية الصينية ذاتية الطي أو سندويشات التاكو ذاتية التغليف. حتى أن المؤلفين المشاركين طوروا واجهة مستخدم عبر الإنترنت ، بناءً على نماذج حسابية للتحولات المادية المختلفة ، حتى يتمكن الناس من تصميم هياكل التحويل الصالحة للأكل الخاصة بهم.

ومع ذلك ، أدرك المؤلفون أنه خارج المختبر (والمؤسسات التجريبية للأكل الفاخر) ، تخضع المواد الصالحة للأكل لقيود فريدة ، سواء من حيث التكلفة ومتطلبات السلامة في تقنيات التصنيع والمتطلبات الغذائية وثقافة الطهي. في حالة المعكرونة ، على سبيل المثال ، تحتوي عجينة المعكرونة الإيطالية التقليدية على دقيق السميد والماء فقط ، والتي تتضخم عند طهيها في الماء المغلي. إن إضافة أشياء مثل شرائط السليلوز لن يكون عمليًا ولا مرغوبًا فيه. لذلك احتاج الباحثون إلى آلية أبسط لاستحداث أشكال قابلة للبرمجة.

الحل: شيء يطلق عليه وانغ وياو ومؤلفوهما “التحول العابر القائم على الأخدود”. ووجدوا أن ختم صفائح المعكرونة المسطحة بأنماط مختلفة من الأخدود مكنهم من التحكم في شكل المعكرونة النهائي بعد الطهي. وفقًا للمؤلفين ، فإن الأخاديد تزيد من الوقت الذي يستغرقه طهي هذا الجزء من المعكرونة. لذلك تتسع هذه المساحات بشكل أقل من المناطق الملساء ، مما يؤدي إلى ظهور العديد من الأشكال المختلفة.

وجد الفريق أن المعكرونة وصلت إلى زاوية الانحناء القصوى بعد حوالي 12 دقيقة واحتفظت بهذه الزاوية لمدة 20 دقيقة تقريبًا قبل أن تبدأ في الانحناء للخلف. تمكن الباحثون من إنتاج أشكال حلزونية ومخروطية بسيطة ، بالإضافة إلى سروج وتقلبات أكثر تعقيدًا (تم تحقيق هذا الأخير عن طريق إدخال أخاديد على الوجهين).

يجب أن ينطبق المبدأ الأساسي على أي مادة تتضخم عند غمرها في الماء. أظهر الباحثون قدرًا كبيرًا من استخدام نفس تقنية الأخدود لتحويل أوراق السيليكون (PDMS) إلى أشكال مختلفة ، مماثلة لتجارب المعكرونة الخاصة بهم. بالإضافة إلى فوائد التعبئة والتغليف والشحن المستدامين ، يعتقد المؤلفون أن هذا النهج يمكن أن يكون مفيدًا في الروبوتات اللينة والأجهزة الطبية الحيوية.

قام مؤلف مشارك آخر ، Ye Tao – الذي كان سابقًا باحثًا ما بعد الدكتوراة في Morphing Matter Lab ، الآن في جامعة Zhejiang في الصين – بأخذ المعكرونة المعبأة بشكل مسطح في رحلة المشي لمسافات طويلة لاختبار قوتها في بيئة حقيقية. وجدت أن المعكرونة المعبأة تشغل مساحة أقل في حقيبة ظهرها دون أن تتضرر من كل التدافع ، وقد تم طهيها جيدًا على موقد التخييم المحمول. والأفضل من ذلك ، “تحاكي المعكرونة المحولة ملمس الفم وطعم ومظهر المعكرونة التقليدية ،” قالت.

DOI: Science Advances ، 2021. 10.1126 / sciadv.abf4098 (حول DOIs).

صورة القائمة بواسطة Morphing Matter Lab / CMU