Particulele în formă de capsator care pot deveni solid sau se pot dezintegra. Cum ar putea schimba lumea materialelor

Imaginați-vă următorul scenariu.

Aruncați câteva capsatoare într-o pungă, le scuturați, și brusc aveți în mână o masă compactă, imposibil de despărțit. Tragi de ea, o îndoiți, și totuși ține. Pare sudată.

Apoi o scuturați altfel, și pur și simplu... se desface. Revine la grămada de capsatoare separate.

Sună ca magie, nu? Ei bine, niște cercetători de la Universitatea din Colorado Boulder tocmai au făcut asta realitate. Și sincer, nu mai pot să mă gândesc la altceva de când am citit despre asta.

De unde vine secretul? Forma contează enorm

Echipa, condusă de profesorul Francois Barthelat (care conduce Laboratorul pentru Materiale Avansate și Bioinspirație — sună extraordinar, nu?), a studiat cum forma particulelor minuscule influențează ce se întâmplă când pui miliarde de ele laolaltă.

Gândiți-vă la nisip. Fiecare granulă e netedă și rotunjită, aproape ca o bilă minusculă. Când pui nisip unul peste altul, granulele alunecă unele pe lângă altele. De asta nisipul curge ca un lichid când îl torni.

Dar ce s-ar întâmpla dacă ai schimba forma?

Cercetătorii au folosit simulări pe computer pentru a testa mii de forme diferite, căutând-o pe cea care ar maximiza „încurcătura" — adică entanglement, cum îi spun oamenii de știință.

Și câștigătoarea? O formă cu două picioare care arată suspect de mult ca... un capsator.

Da, exact aceleași cleme mici care vă țin documentele laolaltă.

De ce particulele în formă de capsator sunt aproape magice

Când ai miliarde de astfel de particule încurcate împreună, se întâmplă ceva fascinant. Ele se angrenează reciproc în moduri complexe, creând o rețea de conexiuni care face întreaga masă surprinzător de rezistentă.

„Materialul granular încurcat folind particule în formă de capsator demonstrează simultan rezistență și tenacitate ridicate," a explicat Saeed Pezeshki, student doctorand.

Aici e chestia: rezistența și tenacitatea sunt de obicei opuse. Gândiți-vă la sticlă: e rezistentă (greu de spart) dar nu e tenace (se sparge ușor). Cauciucul e tenace (absoarbe șocurile) dar nu e prea rezistent. Să obții ambele în același timp e extrem de rar în natură.

Dar aceste materiale din particule-capsator? Par să atingă ambele proprietăți deodată. Și asta e o mare afacere.

Trucul care te lasă fără cuvinte: reversibilitatea

Acum intervine partea cu adevărat spectaculoasă.

Aceste materiale pot fi... inversate.

Aplici vibrații ușoare, și capsatoarele se încurcă și mai strâns, făcând materialul mai solid. Mărești intensitatea vibrațiilor, și întreaga rețea se desface, revenind la o grămadă liberă de particule individuale.

În câteva secunde. De la solid, la separat. Și înapoi.

Profesorul Barthelat a descris senzația de a ține aceste materiale ca fiind „foarte îndepărtată și exotică." Ceea ce, recunosc, e o modalitate perfectă de a o descrie. Nu e chiar lichid, nu e chiar solid. E ceva la mijloc — ceva care poate comuta între stări în funcție de un simplu impuls.

Unde ar putea ajunge chestia asta?

Aplicațiile sunt chiar entuziasmante când începi să te gândești.

Construcții sustenabile: Imaginează-ți că ridici un pod sau o clădire cu materiale care pot fi demontate în loc să fie dărâmate. Aceste materiale ar putea fi dezasamblate și refolosite la sfârșitul duratei de viață. Fără buldozere. Doar vibrațiile potrivite, și totul se desface ca să poți refolosi materialele în altă parte. E o viziune convingătoare pentru o inginerie mai sustenabilă.

Roboți în roi: Unul dintre cercetători a menționat că a discutat cu colegi care cred că tehnologia asta ar putea fi folosită pentru roboți care se încurcă împreună pentru a îndeplini sarcini, apoi se descurcă când termină.

„Vorbeam cu alți studenți care cred că această tehnologie poate fi folosită în roiuri de roboți — unde mici roboți se pot încurca, să îndeplinească o sarcină, și apoi să se descurce când termină," a spus Pezeshki.

A adăugat că asta sună un pic ca T-1000 din Terminator 2 — robotul de metal lichid care se putea lichefia ca să treacă pe sub uși și să se reformeze de cealaltă parte. (Îmi place că probabil într-un articol științific real, cineva a pomenit Terminator la un moment dat.)

Natura face asta de milioane de ani

Iată ceva care face cercetarea și mai fascinantă: încurcătura nu e o invenție recentă a oamenilor. Natura folosește acest principiu de milioane de ani.

Cuiburile de pasăre sunt un exemplu perfect. Fiecare crenguță și fibră e slabă de una singură, dar împletite, creează o structură surprinzător de solidă. Oasele tale funcționează la fel — componente minerale dure încurcate cu proteine mai moi creează ceva care e și rezistent, și rezilient.

Echipa de la CU Boulder practic a inversat procesul, a descoperit ce formă de bloc de construcție funcționează cel mai bine, și acum ne uităm la posibilitatea de a proiecta materiale cu aceleași proprietăți.

Concluzia

Suntem probabil încă la ani distanță de a vedea această tehnologie în clădiri sau roboți adevărați. Dar descoperirea fundamentală — că particulele în formă de capsator pot crea materiale cu această combinație remarcabilă de rezistență, tenacitate și reversibilitate — e semnificativă.

Uneori cele mai revoluționare materiale nu vin din substanțe exotice sau procese de fabricație complexe. Uneori vin din reconsiderarea a ceva atât de simplu precum forma unui bloc de construcție.

Și sincer? Abia aștept să văd unde ajunge asta.

Sursă: ScienceDaily