Najmoderniji materijali poput grafena - tanki lim ugljika debljine samo jednog atoma - svakim su danom sve lakši, jači i lakši za proizvodnju, nudeći nove potencijale za transformaciju industrije od uklanjanja vode vodom do solarnih ćelija i otkrivanja bolesti.
Povezani sadržaj
- Izumitelji upcikliranja objavili su svoj manifest u plastičnoj knjizi. Zašto?
Ali našim materijalima koje je stvorio čovjek još uvijek nedostaje jedna toliko željena kvaliteta koja se prirodno pojavljuje u korijenju biljaka i ljudskoj koži: sposobnost liječenja.
Tim koji predvodi Scott White sa Sveučilišta Illinois u Urbana-Champaignu namjeravao je to promijeniti dodavanjem umjetnog vaskularnog sustava u plastiku. Ideja je da se pseudo-vene materijala ispune kemijski reaktivnim tekućinama, tako da se, kad se plastika raspukne, tvari mogu kombinirati i učvrstiti poput zgrušavanja krvi, štiteći objekt od daljnjih oštećenja.
U demonstracijskom videu, ekipa testira tehniku na plastičnom bloku, ubacujući dvije tekućine kroz odvojene kanale u objekt prije nego što buši materijal 4-milimetrskom bušilicom. Bubrezna rana stvorila je pukotine koje su otpuštale kanale tekućine, ali zahvaljujući krvožilnom sustavu, tekućina curi u rupu i pukne, u 20 minuta stvarajući gusti gel koji je zaustavio širenje štete. Gel se očvrsnuo u roku od tri sata, čime se na kraju popravio kako bi bio oko 60 posto jak poput izvornog materijala, navodi tim.
Istraživači predviđaju da se tehnologijom zaštite sve od vojne opreme do građevinskog materijala - što potencijalno štedi vrijeme i radnu snagu u izvanrednim situacijama ili na teško dostupnim radnim mjestima.
Postupak kemijskog miješanja i očvršćivanja može zvučati poznato svima koji su ikada koristili epoksidnu smolu kupljenu u trgovini hardvera. No Brett Krull, koautor istraživanja, kaže da se tim udaljio od epoksije, uglavnom zbog njihovog sporog vremena reakcije.
Iako daje učinak sličan epoksidima, nova plastika pomaže da se oštećenja moraju brže popraviti, kaže Krull.
Temeljna razlika:
"Dizajnirali smo naš sustav da prođe kroz dva različita prijelaza", dok epoksidna smola djeluje drugačije, kaže Krull. "Dvije kemijske reakcije pokreću čim se dogodi miješanje, ali odvijaju se u mnogo različitim vremenskim intervalima."
Krull kaže da prva reakcija smjesu pretvara u meki gel u roku od 30 sekundi. To zadržava kemikalije na mjestu unutar oštećenog područja, a istovremeno omogućuje isporuku više tekućine u otvor ili pukotinu dok se ne napuni. Druga reakcija, koja pretvara kemikalije u krute tvari, događa se nakon toga, brzinom kojom se može kontrolirati promjenom sastava i koncentracija kemikalija.
„Naša se kemija ne približava složenosti prirodnog sustava, “ kaže Krull, „ali dizajnirali smo sustav s vremenski ovisnim odgovorom na štetu.“
White i njegov tim pokazali su sposobnost liječenja mikroskopskih pukotina na drugačiji način u prošlosti, koristeći epoksi i ugrađene mikrosfere. No, novi vaskularni pristup omogućuje popravak u mnogo većem obimu. Tehnika se, na primjer, može upotrijebiti za popravak brane na boku podvodne bušilice ili žiga na svemirskoj letjelici koja se sudara s meteorom.
Istraživači se još uvijek suočavaju s izazovima dok nastavljaju razvijati materijale za samoispitivanje, uključujući kako povećati učinkovitost vaskularnih mreža u materijalu (u ovom slučaju plastika), a da pritom ne značajno smanje snagu i performanse. Tim također želi dati materijalu mogućnost zacjeljivanja od više "rana" tijekom vremena.
Kemikalije će se također morati prilagoditi kako bi se rješavale veće površine oštećenja. Prema New Scientistu, rupe u materijalu većem od 8 mm uzrokovale su propadanje kemikalija. Tim smatra da će upotreba pjene u kanalima umjesto tekućine omogućiti materijalu da liječi veća područja, iako istraživači još uvijek nisu testirali tu mogućnost.
Krull kaže da će također izgledati kako bi materijal bio učinkovit u različitim okruženjima, poput ekstremnih temperatura, pod vodom ili u svemiru. (Do sada se testiranje uglavnom obavljalo u laboratoriju).
Iako će tehnologija jednog dana moći pronaći potrošačke proizvode, nemojte očekivati da će ovi materijali za samoizlječenje čarobno popraviti stražnju stranu vašeg iPhone-a ili branika vašeg automobila. Tehnologija je još uvijek u ranoj fazi razvoja, kaže Krull. Budući da istraživanje financira američko ratno zrakoplovstvo, vjerojatno će se prvo primijeniti na borbene mlaznice, tenkove ili svemirske letjelice, zajedno s uređajima koje je teško popraviti, poput opreme za podvodno bušenje.
Ali to je tek početak onoga što bi materijal mogao učiniti, kaže Krull.
"Trenutna verzija više liči na ožiljak, jer zarastao materijal nije baš dobar kao originalni", kaže Krull. „Naš dugoročni cilj je razviti istinski regenerativni polimer gdje se materijal izgubljen štetnim materijalom može zamijeniti materijalom istog sastava.“
