التريبولوجيا (Tribology) هي علم وتقنية دراسة الأسطح المتلامسة التي تتحرك حركة نسبية بعضها بالنسبة إلى بعض، وما يرتبط بذلك من ظواهر وممارسات. وتتحكم طبيعة التفاعلات التي تحدث عند السطح البيني المتحرك ونتائجها في سلوك الاحتكاك والتآكل والتزييت. ومن ثم، فإن فهم طبيعة هذه التفاعلات ومعالجة المشكلات التقنية المرتبطة بالظواهر البينية يمثلان جوهر علم التريبولوجيا. ويجمع هذا المجال عدداً من التخصصات العلمية والهندسية، من بينها الهندسة الميكانيكية، وعلوم المواد، والميكانيكا، وكيمياء السطوح، وفيزياء السطوح، إضافة إلى مجموعة واسعة من الموضوعات مثل توصيف الأسطح، والاحتكاك، والتآكل، والتزييت، ومواد المحامل، ومواد التشحيم، واختيار أنظمة التزييت وتصميمها. ولذلك يُعد علم التريبولوجيا عنصراً أساسياً في التطبيقات الهندسية الحديثة. ولا يمكن المبالغة في أهمية التحكم في الاحتكاك والتآكل من الناحيتين الاقتصادية والتشغيلية، ولا سيما فيما يتعلق بالاعتمادية طويلة الأمد. فمن الضروري أن يستخدم مصممو الأنظمة الميكانيكية الوسائل المناسبة لتقليل الاحتكاك والتآكل من خلال الاختيار السليم للمحامل، ومواد التشحيم، والمواد المناسبة للأسطح المتلامسة. كما أن من المهم للعاملين في مجال التصنيع فهم الأصول التريبولوجية للاحتكاك غير المرغوب فيه، والتآكل المفرط، وفشل أنظمة التزييت في المعدات. ويؤدي إهمال المبادئ الأساسية للتريبولوجيا في مرحلتي التصميم والتصنيع إلى خسائر اقتصادية كبيرة، تشمل تقليل العمر التشغيلي للمعدات، وزيادة فترات التوقف، وارتفاع استهلاك الطاقة والتكاليف التشغيلية. وقد أتاح التطور الحديث والانتشار الواسع لتقنيات المجسات القريبة (Proximal Probes)، ولا سيما المجاهر المعتمدة على المجسات الطرفية وأجهزة قياس قوى السطح، إلى جانب تطور التقنيات الحاسوبية المستخدمة في محاكاة التفاعلات بين رأس المجس والسطح وخصائص الواجهات البينية، إمكانية إجراء دراسات منهجية للمشكلات البينية بدرجات عالية من الدقة، فضلاً عن تطوير طرائق لتعديل البنى النانوية والتحكم فيها. وقد وفرت هذه التطورات حافزاً قوياً لإجراء بحوث تهدف إلى بناء فهم أساسي لطبيعة التفاعلات بين المواد ونتائجها على المستوى الذري، كما أسهمت في توجيه التصميم العقلاني للمواد بما يلائم التطبيقات التكنولوجية المختلفة. وقد أدى ذلك إلى ظهور مجال جديد يُعرف باسم التريبولوجيا الميكروية والنانوية (Micro/Nanotribology). وتوجد كذلك تطبيقات حديثة تتطلب فهماً دقيقاً للعمليات التريبولوجية على المستويين العياني والميكروي. فمنذ أوائل ثمانينيات القرن الماضي، أصبحت تريبولوجيا أنظمة التخزين المغناطيسي أحد الفروع المهمة في هذا المجال. كما بدأت الأنظمة الكهروميكانيكية الميكروية (MEMS) بالظهور في الأسواق، وهي تطرح تحديات تريبولوجية جديدة. كذلك تكتسب دراسة التريبولوجيا في أنظمة المعالجة مثل آلات التصوير، والطابعات، والماسحات الضوئية، والكاميرات أهمية متزايدة، رغم أنها لم تحظَ حتى الآن بالقدر الكافي من الاهتمام. وبالتوازي مع ظهور التطبيقات الصناعية الجديدة، تم تطوير مواد وطلاءات ومعالجات سطحية متقدمة، مثل الألماس الاصطناعي، والألماس الحقيقي، وأغشية الكربون الشبيه بالألماس (DLC)، والأغشية المطعمة أو المرتبطة كيميائياً بالأسطح، وغيرها من التقنيات الحديثة. ومن الواضح أن المجال العام للتريبولوجيا قد شهد نمواً سريعاً خلال الخمسين عاماً الماضية. وعلى الرغم من أن التريبولوجيا التقليدية أصبحت مجالاً راسخاً، فإن التريبولوجيا الميكروية والنانوية لا تزال في طور التطور، ومن المتوقع أن تحتل موقعاً محورياً خلال السنوات المقبلة. وتبرز الحاجة إلى تطوير مواد جديدة، وهو ما يتطلب فهماً أساسياً وعميقاً للعمليات التريبولوجية. كما تستمر التطبيقات الصناعية الحديثة في التطور، مصحوبة بتحديات فريدة تتطلب حلولاً علمية وهندسية متقدمة. ولا يزال جزء كبير من المعرفة التريبولوجية الحديثة بحاجة إلى مزيد من الانتقال من نطاق البحث العلمي إلى التطبيقات الهندسية والصناعية. التلامس بين الأسطح الخشنة والطرائق العددية يتعامل علم التريبولوجيا بدرجة كبيرة مع تلامس الأسطح الخشنة، ولذلك توجد حاجة ملحة إلى استخدام طرائق عددية متقدمة لتقييم مثل هذه الحالات. وقد تم اقتراح طريقة عددية بديلة لحل مشكلات التلامس للأسطح الحقيقية الخشنة في التطبيقات التريبولوجية المختلفة. ويتم من خلالها تحديد المساحة الحقيقية للتلامس وتوزيع ضغط التلامس باستخدام مخطط تكراري أحادي الحلقة قائم على طريقة التدرج المترافق (Conjugate Gradient Method)، وهي طريقة تتميز بقدرتها على التقارب عند التعامل مع أسطح خشنة ذات أشكال مختلفة. كما يمكن حساب تشوهات السطح والإجهادات تحت السطحية باستخدام خوارزمية بديلة ثنائية الأبعاد متعددة المستويات ومتعددة عمليات الجمع، بما يسمح بالحفاظ على خطأ عملية الجمع عند مستوى أدنى من خطأ التقسيم العددي، بصرف النظر عن عدد نقاط التلامس. التريبولوجيا الطبية الحيوية من أكثر المجالات إثارة للاهتمام في التريبولوجيا الحديثة التريبولوجيا الطبية الحيوية (Biomedical Tribology). ومع التقدم الحديث في العلوم الطبية، حدث تحسن واضح في جودة حياة الإنسان. كما أن الاكتشافات والتطورات في مجال المواد كان لها أثر إيجابي في تطوير الأطراف الاصطناعية والغرسات الطبية، التي أصبحت أكثر توافقاً حيوياً وأكثر قدرة على التحمل والاستمرار لفترات زمنية طويلة. ولمواصلة تحسين متانة هذه المواد، من الضروري فهم خصائصها التريبولوجية، وبخاصة الاحتكاك والتآكل والتآكل الكيميائي أو التآكل الناتج عن الوسط الحيوي (Corrosion). ويساعد ذلك على تقليل الحاجة إلى العمليات الجراحية المتكررة لاستبدال الغرسات، ومن ثم تمكين المرضى من ممارسة حياتهم بصورة أقرب إلى الوضع الطبيعي. ومن أهم الموضوعات التي تشملها التريبولوجيا الطبية الحيوية: - تريبولوجيا المفاصل الزلالية الطبيعية وبدائل المفاصل الصناعية. - تآكل غرسات الأسنان. - تآكل صمامات القلب وعمليات استبدالها. - تزييت المضخات في القلوب الاصطناعية الكاملة. - التريبولوجيا العينية وتريبولوجيا العدسات اللاصقة. ويمكن للرسومات التوضيحية الخاصة بهذا المجال أن تبين بعض المواد والعناصر المستخدمة في تطبيقات التريبولوجيا الطبية الحيوية. وقد تطورت علوم وهندسة المواد الحيوية (Biomaterials) بسرعة خلال العقود الماضية. وانتقل التركيز في هذا المجال إلى تصميم مواد وأجهزة جديدة تتمتع بدرجات أعلى من الوظيفية والاعتمادية والتوافق الحيوي، وأصبح السلوك التريبولوجي أحد العناصر الأساسية المؤثرة في تحقيق هذه المتطلبات. فعلى سبيل المثال، تتمثل إحدى المشكلات السريرية الرئيسة المرتبطة بالمفاصل الاصطناعية في التآكل المفرط وارتخاء مكونات المفصل، وهو ما يمكن أن يعزى إلى ضعف خصائصها التريبولوجية وما ينتج عنه من حطام أو جسيمات تآكل. ومن الأمثلة الأخرى على فشل المواد الحيوية والأجهزة الطبية من الناحية التريبولوجية تضيّق أو انسداد الأوعية الدموية الاصطناعية نتيجة التخثر على الأسطح، وكذلك تضرر صمامات القلب الاصطناعية بسبب التآكل الناتج عن الإجهاد المتكرر أو الكلال (Fatigue Wear). ولذلك، ومن أجل ضمان الأداء الوظيفي والاعتمادية والتوافق الحيوي للمواد الحيوية، ولا سيما الأجهزة الطبية المزروعة لفترات طويلة، فإن دراسة آليات الضرر التريبولوجي المختلفة والحصول على الخصائص المثلى للمواد تمثل أحد أهم الأهداف البحثية في هذا المجال. وانطلاقاً من ذلك، أُجريت أعداد متزايدة من الدراسات حول النظريات الأساسية، والتصميم المستوحى من الأنظمة الحيوية (Bionic Design)، وطرائق الحد من الأضرار التريبولوجية في التطبيقات الطبية الحيوية. وعلى الرغم من التقدم المحقق، لا تزال هناك العديد من المشكلات العلمية والهندسية التي تتطلب المزيد من البحث. ولذلك يُعد هذا المجال من المجالات العلمية التي تجمع بين التحدي والأهمية التطبيقية الكبيرة. التريبولوجيا النانوية من المجالات المتقدمة والمهمة الأخرى في علم التريبولوجيا التريبولوجيا النانوية (Nanotribology)، وهي الدراسة العلمية لظواهر الاحتكاك والتآكل عند مقياس الأطوال النانومترية. وتتناول التريبولوجيا النانوية عادةً دراسة التلامس الانزلاقي بين نتوء سطحي منفرد وسطح مستوٍ تحت ظروف مضبوطة بعناية، وذلك باستخدام التجارب العملية، والنمذجة، والمحاكاة الذرية. وتُعد الدراسات الميكروية والنانوية في التريبولوجيا ضرورية لتطوير فهم أساسي للظواهر البينية على المقاييس الصغيرة، وكذلك لدراسة الظواهر التي تشمل الأغشية فائقة الرقة التي يمكن أن يصل سمكها إلى 1–2 نانومتر، إضافة إلى البنى الميكروية والنانوية المستخدمة في أنظمة التخزين المغناطيسي، والأنظمة الكهروميكانيكية الميكروية والنانوية (MEMS/NEMS). كذلك تُعرف التريبولوجيا النانوية بأنها فرع من فروع علم التريبولوجيا يهتم بدراسة ظواهر الاحتكاك، والتآكل، والالتصاق، والتزييت على المقياس النانوي، حيث تصبح التفاعلات الذرية والتأثيرات الكمومية ذات أهمية كبيرة. ويهدف هذا التخصص إلى تحديد الخصائص الدقيقة للأسطح ودراسة سلوكها وتعديلها بما يتناسب مع الأغراض العلمية والتكنولوجية، ويسهم بذلك في تطوير المواد والطلاءات والأنظمة الهندسية ذات الأداء العالي على المقاييس الدقيقة والنانوية. جامعة المستقبل الجامعة الاولى على العراق قسم هندسة تقنيات الحاسوب الاستاذ المساعد الدكتور عبدالله جبار حسين