Stavební materiál inspirovaný lidskými kostmi

Helena Vrecková  |  Věda

3D tisk vytváří novou podobu kostní struktury. Vědci tak položili základ pro nové stavební materiály.

Vědci neustále pracují na vývoji nových materiálů. Chtějí tak dosáhnout co možná největší odolnosti, pružnosti a dalších žádoucích vlastností. Tyto materiály by nenašly uplatnění pouze ve zdravotnictví, ale také ve stavebnictví, kde dochází k čím dál většímu tlaku na stavbu odolných budov.

Některé vědecké týmy vytváří zcela nové struktury a testují nově nalezené kombinace materiálů. Jiní vědci spíše hledají inspiraci v přírodě. Mnoho přírodních materiálů se tak pro vědce stává vzorem pro vytvoření vylepšených struktur, které mají kladné vlastnosti svých vzorů, avšak jsou zbaveny jejich negativních vlastností.

Kost jako stavební materiál

Tímto směrem se vydali i vědci z Massachusettského technologického institutu (MIT). Vzorem pro jejich práci se staly kosti. Kosti jako takové mají mnoho žádoucích vlastností. Jsou silné a tuhé, ale zároveň jsou do určité míry pružné. Tyto vlastnosti vyplývají z kombinace minerálních složek (krystaly fosforečnanu vápenatého a hydroxyapatitu) a měkkých kolagenních vláken. Všechny složky tvoří složitou strukturu, kterou se vědci pokusili napodobit.

Vědci však záhy zjistili, že v klasických laboratorních podmínkách nedokážou stavbu struktury vytvořit. Proto se rozhodli realizovat stavbu materiálu pomocí 3D tisku. Na počítači navrhli vzory pro strukturu měkkých i pevných polymerů, kopírující přírodní materiály. 3D tiskárna pak danou strukturu sestavila použitím dvou různých polymerů. Výsledkem byl materiál s podobnými vlastnostmi jako kost.

První vytvořený syntetický vzorek materiálu přímo inspirovaný kostí a perletí. Zdroj: MIT
První vytvořený syntetický vzorek materiálu přímo inspirovaný kostí a perletí. Zdroj: MIT

Více než 20 krát odolnější proti zlomu

Kosti mají však podle vědců i nežádoucí vlastnosti. A to například častou lámavost. Jejich odolnost nedosahuje takové úrovně, aby ve své podobě byly použity jako stavební materiál, ačkoliv jako podpora těla slouží dokonale. Vědecký tým pod vedením profesora Markuse Buehlera tak musel ve struktuře materiálu udělat mnohé změny, které by výsledný materiál vylepšily. Výsledkem tak byl materiál více než 20 krát odolnější proti zlomenině, než kost.

Vytvořeny byly celkem tři vzory syntetických kompozitních materiálů. První vzorek simuloval přesné vlastnosti kosti. Další vzorek napodoboval strukturu minerálního vápence. U třetího vzorku byl použit diamantový vzor. Všechny vzorky prošly sérií testů, které srovnávaly jejich odolnost proti zlomu a také pružnost. Právě poslední vzorek při testech prokázal vylepšování vlastnosti kostí a posunul odolnost materiálu.

Podle vědců je tato studie dokonalým příkladem využití 3D tisku k výrobě složitých struktur. Již dnes se 3D tisk využívá k vytváření živých tkání, nahrazování poškozených chrupavek či k výrobě různých pomůcek. 3D tiskárny nachází využití prakticky ve všech odvětvích. Vědci doufají, že by tímto výzkumem mohl být učiněn krok ke stavbě domů pomocí 3D tisku, kdy by se tiskly kompletně všechny části stavby.

Nejčtenější