Forestil dig et materiale, der kan blive til fast stof – og så bare falde fra hinanden igen

Luk øjnene og forestil dig følgende.

Du har en håndfuld små metalliske hæfteklammer. Dem, du bruger til at samle papirer. Du smider dem i en pose, ryster den rundt, og magisk – fuldstændig umuligt – er den bunke af enkelte klammer pludselig blevet til én solid, sammenhængende klump. Du kan trække i den, slide i den, og den holder sammen, som om den er svejset.

Men så giver du den en anden slags rystelse, og den... falder bare fra hinanden. Tilbage til at være en stak uskyldige små klammer.

Virker som ren trolddom, ik? Nå, men forskere fra University of Colorado Boulder har netop gjort dette til virkelighed, og jeg kan ærligt talt ikke slippe tanken.

Hemmeligheden? Formen

Her bliver det virkelig interessant. Forskerteamet, ledet af professor Francois Barthelat (manden bag Laboratoriet for Avancerede Materialer og Bioinspiration – alene det navn er ret fantastisk), har undersøgt, hvordan formen på mikroskopiske partikler påvirker, hvad der sker, når man samler milliarder af dem.

Tænk på sand for eksempel. Hvert korn er glat og afrundet, nærmest som små kugler. Hælder du sand sammen, låser det ikke sig selv fast – kornene glider bare forbi hinanden. Derfor opfører sand sig som en væske, når du hælder det ud.

Men hvad nu hvis du ændrede formen på de korn?

Forskerne brugte computersimulationer til at teste tusindvis af forskellige former, på jagt efter én der kunne maksimere det, forskerne kalder "sammenvikling" (entanglement). Og vinderen? En tol-form, der mistænkeligt ligner... en hæfteklamme.

Ja, præcis de små metalclips, der holder dine dokumenter sammen.

Hvorfor hæfteklamme-formede partikler er temmelig fantastiske

Når man har milliarder af disse små hæfteklamme-formede partikler viklet ind i hinanden, sker der noget magisk. De griber ind i hinanden på komplekse måder og skaber et netværk af forbindelser, der gør hele massen overraskende stærk.

"Sammenviklet granulært materiale med hæfteklamme-lignende partikler demonstrerer både høj styrke og sejhed på samme tid," forklarer ph.d.-studerende Saeed Pezeshki.

Problemet med styrke og sejhed er, at de normalt er modpoler. Tænk på glas: det er stærkt (svært at bryde), men ikke sejt (det splintrer). Gummi er sejt (kan absorbere slag), men ikke særlig stærkt. At få begge dele på én gang er virkelig sjældent i naturen.

Men dette materiale? Det leverer tilsyneladende begge egenskaber samtidig. Det er en stor aftale.

Det Virkelige Partytrick: Revversibilitet

Og her bliver det for alvor vildt.

Disse materialer kan vendes om.

Påfør blide vibrationer på bunken, og klammerne vikler sig tættere sammen, hvilket gør materialet stærkere. Skru op for vibrationerne, og hele netværket falder fra hinanden og vender tilbage til en løs samling af enkelte partikler.

På sekunder. Fra fast stof til løse dele. Og tilbage igen.

Professor Barthelat beskrev det at holde disse materialer som at føle sig "meget fjernt og eksotisk." Hvilket egentlig er den perfekte måde at beskrive det på. Det er hverken helt væske eller helt fast stof. Det er noget midtimellem – noget der kan skifte mellem tilstande baseret på en simpel input.

Så Hvad Kan Vi Bruge Det Til?

Anvendelsesmulighederne er ærligt talt ret spændende, når man begynder at tænke over det.

Bæredygtigt Byggeri: Forestil dig at bygge en bro eller en bygning med materialer, der kan skilles ad i stedet for at rives ned. Disse hæfteklamme-partikel materialer kunne potentielt skilles ad og genbruges ved enden af deres levetid. Ingen nedrivningsmaskiner. Bare de rigtige vibrationer, og så falder det hele fra hinanden, så du kan bruge materialerne et andet sted. Det er en ret overbevisende vision for mere bæredygtigt byggeri.

Sværmrobotik: En af forskerne nævnte, at kolleger tror, dette kunne bruges til robotter, der vikler sig sammen for at udføre opgaver og derefter vikler sig fra hinanden igen, når de er færdige.

"Jeg talte med andre studerende, der mener, denne teknologi kan bruges i sværmrobotik – hvor små robotter kan vikle sig sammen, udføre en opgave og derefter vikle sig fra hinanden igen," sagde Pezeshki.

Han påpegede endda, at det minder lidt om T-1000 fra Terminator 2 – den flydende metal-robot, der kunne forvandle sig til væske for at smutte under døre og omdanne sig igen på den anden side. (Jeg elsker, at et rigtigt videnskabeligt papir sikkert har haft en, der nævnte Terminator på et tidspunkt.)

Naturen Har Gjort Dette Hele Tiden

Her er noget, der gør denne forskning endnu mere fascinerende: sammenvikling er ikke en ny opfindelse. Naturen har brugt dette princip i millioner af år.

Fuglereder er et perfekt eksempel. Hver kvist og fiber er svag alene, men flettet sammen skaber de overraskende robuste strukturer. Dine knogler fungerer på samme måde – hårde mineraler viklet sammen med blødere proteiner skaber noget, der er både stærkt og modstandsdygtigt.

CU Boulder-holdet har i bund og grund reverse-engineeret dette princip, fundet ud af, hvilken form for byggeklods der virker bedst, og nu ser vi på muligheden for at konstruere materialer med de samme egenskaber.

Konklusionen

Vi er sandsynligvis stadig år væk fra at se denne teknologi i rigtige bygninger eller robotter. Men den grundlæggende opdagelse – at hæfteklamme-formede partikler kan skabe materialer med denne bemærkelsesværdige kombination af styrke, sejhed og reversibilitet – er genuint betydningsfuld.

Nogle gange kommer de mest revolutionerende materialer ikke fra eksotiske kemikalier eller komplekse fremstillingsprocesser. Nogle gange kommer de fra at tænke over noget så simpelt som formen på en byggeklods.

Og ærligt talt? Jeg kan ikke vente med at se, hvor det bærer hen.