Samoopravné stroje i materiály brzy mezi námi

Karel Javůrek  |  Věda
Ilustrační foto. Foto: Shutterstock

Vědci vyvinuli materiál, který dokáže rozpoznat poškození a sám se pomocí tepla opraví do původní formy. Tento článek doporučují čtyři z pěti Terminátorů.

Lidské tělo a jiné živé objekty mají oproti strojům a neživým materiálům jednu hlavní výhodu – dokážou se částečně opravit. Samozřejmě nelze uvažovat o vyléčení jakékoli větší části těla, spíše se jedná o menší zranění. U některých živočichů lze ale třeba pozorovat i kompletní obnovu celé končetiny.

Tak daleko v případě neživé hmoty sice nejsme, vědcům se ale podařil alespoň jeden z prvních kroků, který se týká základní opravy materiálu do původní podoby a pochopení této funkce.

Bez energie to určitě nepůjde

Tento materiál je tvořen z polymerů, které tvoří velký počet molekul, jež mohou být i různých druhů atomů. Výzkumníci laboratoří MIT již před lety vyvinuli strukturu, která se snaží napodobovat lidské tělo. Takzvaná „Autonomous Adaptive Structure“ je schopná pamatovat si původní tvar a v případě poškození či změny se vrátí do základní struktury. Stačí ji pouze zahřát.

Díky infračervenému paprsku světla se materiál zahřeje a vrátí se do původní formy. Foto: Americký institut fyziky
Díky infračervenému paprsku světla se materiál zahřeje a vrátí se do původní formy. Foto: Americký institut fyziky

Látka zatím pracuje s použitím infračerveného světla, které je nutné na dané místo vyzařovat. Jakmile se poškozené místo zahřeje na určitou teplotu (v současné fázi technologie stačí už 60 stupňů Celsia), polymerová struktura se obnoví nebo vrátí do původní formy. Bez energie to tedy nelze provést, ale to je vlastně samozřejmé. Všechna hmota je totiž tvořena ukrytou energií a jakákoli manipulace s ní proto vyžaduje další energii, která musí být nějakým způsobem opět dodána.

Oprava do původní struktury není zatím dokonalá, při testech se ale podařilo obnovit materiál do 96 % jeho původních vlastností. Na videu se podívejte, jak se materiál v zahřáté vodě vrátí do originálního tvaru.

A co s tím teď můžeme dělat?

Možností použití této látky je mnoho. V budoucnu se tak pravděpodobně dočkáme speciálních barev a laků, které dokážou odolat škrábancům, využití najdeme například u automobilů a dalších přístrojů. Při vystavení běžnému slunečnímu záření či během teplé koupele v myčce se povrch opět vyhladí a auto či mobilní telefon bude opět jako nový.

Dle odhadů se prvního nasazení možná dočkáme do dvou let, vše bude ale záviset na rychlosti výzkumu v této oblasti a náročnosti při aplikaci.

Trochu vzdálenější budoucností je použití uvnitř elektronických čipů. Materiál se dokáže nejen opravit, ale snadno sám zjistí své poškození na konkrétním místě. Poškozený tranzistor tak může být během nanosekund odstaven a celý čip tak bude stále fungovat bez chyb.

Počítačová simulace paměťového polymeru, nanometrová struktura připomíná řadu pružin. Foto: Vikas Srivastava a Shawn Chester (MIT)
Počítačová simulace paměťového polymeru, nanometrová struktura připomíná řadu pružin. Foto: Vikas Srivastava a Shawn Chester (MIT)

Data bez chyb

Za několik let se možná objeví i kvalitnější a bezpečnějších úložiště dat. Nebudou trpět žádnou degradací a v případě poškození se sama opraví. Tato technologie by jistě našla skvělé uplatnění v optických médiích, která však pomalu odcházejí do důchodu a nahrazují je paměti flash, stejně jako klasické pevné disky.

I paměti flash však trpí postupným poškozením. Buňky pro ukládání jednotlivých bitů dat totiž po určitém počtu přepsání odumřou a nelze je již znovu použít pro zápis ani čtení dat. Moderní řadiče si s tímto postupným poškozením dokážou částečně poradit, ale vždy jen do určité míry v rámci celkového počtu všech buněk v čipu. Po určité době tak v závislosti na způsobu používání dochází k nefunkčnosti disku.

Nesmrtelné stroje

Podobné materiály na bázi polymerů jsou sice známé již delší dobu, ale nyní je to poprvé, co byl odhalen přesný princip, jak tato vlastnost molekul funguje. Vědci se tak mohou vrhnout do přesné možnosti použití v různých segmentech, k dispozici jsou totiž i počítačové simulace.

Oprava a detekce poškození je žádána především v extrémních a nebezpečných podmínkách. Nejdůležitějšími oblastmi se tak jeví například letadla, vesmírné rakety nebo zdravotnictví. Představte si třeba umělý kloub s minimálním opotřebením či jiné implantáty.

Materiály budoucnosti by mohly vydržet mnohem více, než si dokážeme dnes představit. V případě komplexního použití v rámci celé struktury si můžete představit i opravu poškození větší části. Pokročilé možnosti jistě v mnohých z nás vyvstanou se známým Terminátorem T1000, který byl ve stejnojmenném filmu z tekutého kovu, jenž se dokázal po zahřátí opět vrátit do původní formy.

Terminator. Foto: YouTube
Terminator. Foto: YouTube

Hodně, hodně energie

Pokud bychom zcela teoreticky o takovém takřka nezničitelném stroji uvažovali, určitě se opět vše bude točit kolem hmoty a energie. Z tohoto pohledu je jistě správná představa využití oddělené části struktury (hmoty) pro opětovné použití, například právě zmíněným zahřátím a následným opětovným spojením.

V případě opravy velké poškozené části by bylo zapotřebí velmi mnoho energie a také dostatek hmoty, která by chybějící část nahradila. Naše tělo však těmito technologiemi disponuje, je tak možná pouze otázkou času, kdy podobné techniky zvládneme i v případě jiných materiálů.

Nejčtenější