Tänk dig det här.
Du har en hög små metallhäftklamrar. Du stoppar ner dem i en påse, skakar om, och på något magiskt sätt blir den där högen av ensamma klamrar till en enda solid, ihopflätad massa. Du kan dra i den, rycka i den, och ändå håller den ihop. Som om den var svetsad.
Men så skakar du lite annorlunda, och hela grejen faller isär. Tillbaka till harmlösa små klamrar.
Låter som magi, eller hur? Jo, forskare vid University of Colorado Boulder har precis gjort det här verklighet, och jag kan inte sluta tänka på det.
Hemligheten: Formen på byggstenarna
Det är här det blir riktigt intressant. Forskarteamet, lett av professor François Barthelat (som driver något som heter Laboratory for Advanced Materials & Bioinspiration — vilket coola namn!), har studerat hur formen på små partiklar påverkar vad som händer när man klumpar ihop miljarder av dem.
Tänk på sand till exempel. Varje korn är slätt och runt, ungefär som små bollar. När du häller sand i en hög så låser den sig inte — sandkornen glider förbi varandra. Därför rinner sand som en vätska.
Men vad händer om du ändrar formen på de där kornen?
Forskarna använde datorsimuleringar för att testa tusentals olika former, på jakt efter en som maximerade det forskare kallar för "tanglement" (förvirrande, jag vet). Och vinnaren? En tvåbent form som ser misstänkt lik ut... ja, en häftklammer.
Ja, samma små metallklämmor som håller ihop dina papper.
Varför häftklammerformade partiklar är rätt fascinerande
När man har miljarder av de här små häftklammerformade partiklarna ihopflätade, händer något magiskt. De hakar i varandra på komplexa sätt och skapar ett nätverk av kontakter som gör hela massan överraskande stark.
"Tangled granular material med häftklammerliknande partiklar visar både hög hållfasthet och seghet samtidigt," förklarade doktoranden Saeed Pezeshki.
Här är grejen med hållfasthet och seghet — de är oftast fiender. Tänk på glas: det är starkt (svårt att bryta) men inte segt (det splittras lätt). Gummi är segt (kan absorbera stötar) men inte särskilt starkt. Att få båda på en gång är ovanligt i naturen.
Men de här häftklamperpartiklarna? De verkar klara av båda egenskaperna samtidigt. Det är en stor grej.
Den riktiga partitricket: reversibilitet
Och här blir det verkligen konstigt.
De här materialen kan återställas.
Applicera milda vibrationer på bunten, och häftklamrarna flätar ihop sig ännu tätare, vilket gör materialet starkare. Öka vibrationerna, och hela nätverket lossnar och blir en lös samling av enskilda partiklar.
På några sekunder. Från fast till löst. Och tillbaka igen.
Professor Barthelat beskrev att det kändes som att hålla i något "mycket avlägset och exotiskt." Vilket är ett helt perfekt sätt att beskriva det. Det är inte riktigt en vätska, inte riktigt en fast form. Det är något däremellan — något som kan växla mellan tillstånd baserat på en enkel input.
Vad kan vi faktiskt använda det här till?
Applikationerna är rätt spännande när man börjar tänka på dem.
Hållbar byggnation: Tänk dig att bygga en bro eller en byggnad med material som kan plockas isär istället för att rivas. De här häftklampermaterialen skulle potentiellt kunna plockas isär och återanvändas i slutet av sin livslängd. Inga vräkningsbollar behövs. Bara rätt vibrationer för att lossa allting så att du kan använda materialen någon annanstans. Det är en ganska övertygande vision för mer hållbar ingenjörskonst.
Svarmrobotik: En av forskarna nämnde att kollegor tror att tekniken kan användas för robotar som flätar ihop sig för att utföra uppgifter, och sedan lossnar när de är klara.
"Jag pratade med andra studenter som tror att den här tekniken kan användas i svarmrobotik — där små robotar kan fläta ihop sig, utföra en uppgift och sedan lossna när de är klara," sa Pezeshki.
Han påpekade till och med att det låter lite som T-1000 från Terminator 2 — den flytande metallroboten som kunde förvandla sig till vätska för att glida under dörrar och forma om sig på andra sidan. (Jag älskar att ett riktigt vetenskapligt paper förmodligen hade någon som nämnde Terminator vid något tillfälle.)
Naturen har gjort det här hela tiden
Här är något som gör forskningen ännu mer fascinerande: flätning är ingen mänsklig uppfinning. Naturen har använt den här principen i miljontals år.
Fågelbon är ett perfekt exempel. Varje kvist och fiber är svag för sig, men ihopflätade skapar de en förvånansvärt stabil struktur. Dina ben fungerar på samma sätt — hårda mineraliska komponenter ihopflätade med mjukare proteiner skapar något som är både starkt och motståndskraftigt.
CU Boulder-teamet har i princip baklänges-konstruerat den här principen, listat ut vilken form av byggsten som funkar bäst, och nu tittar vi på att potentiellt konstruera material med samma egenskaper.
Sammanfattning
Vi är antagligen fortfarande år ifrån att se den här tekniken i riktiga byggnader eller robotar. Men den grundläggande upptäckten — att häftklammerformade partiklar kan skapa material med den här anmärkningsvärda kombinationen av styrka, seghet och reversibilitet — är genuint betydelsefull.
Ibland kommer de mest revolutionerande materialen inte från exotiska kemikalier eller komplexa tillverkningsprocesser. Ibland handlar det bara om att tänka om formen på en byggsten.
Och ärligt talat? Jag kan inte vänta på att se vart det här tar vägen.
** källa**: ScienceDaily