Το Συνδετήρακι που Μπορεί να Αλλάξει τα Πάντα

Φαντάσου το εξής.

Παίρνεις μια χούφτα συνδετήρες. Τους ρίχνεις σε μια σακούλα, τους ανακινείς — και ξαφνικά γίνονται ένα συμπαγές, αδύνατο να σπάσει κομμάτι. Τραβάς, σέρνεις, και κρατάει. Σαν να είναι κολλημένοι με συγκόλληση.

Μετά τους ανακινείς διαφορετικά, και... διαλύονται. Επιστρέφουν στα αθώα μικρά συνδετηράκια τους.

Ακούγεται σαν μαγεία, έτσι;

Κι όμως, μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο του Colorado Boulder το έκανε πραγματικότητα.

Το Μυστικό Κρύβεται στο Σχήμα

Η ομάδα, υπό τον Καθηγητή Francois Barthelat (που διευθύνει το Εργαστήριο Προηγμένων Υλικών και Βιοέμπνευσης — πόσο ωραίο είναι αυτό το όνομα;), μελετούσε πώς το σχήμα μικροσκοπικών σωματιδίων επηρεάζει τη συμπεριφορά δισεκατομμυρίων μαζί.

Σκέψου την άμμο. Κάθε κόκκος είναι στρογγυλός, λείος. Όταν τους μαζεύεις, δεν μπλέκονται — απλά γλιστράνε μεταξύ τους. Γι' αυτό η άμμος ρέει σαν υγρό.

Τι γίνεται όμως αν άλλαζες το σχήμα;

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν υπολογιστικές προσομοιώσεις για να δοκιμάσουν χιλιάδες διαφορετικά σχήματα. Ψάχνανε για αυτό που θα μεγιστοποιούσε την «εμπλοκή» — το entanglement.

Νικητής; Ένα σχήμα με δύο πόδια, που μοιάζει εξαιρετικά με... συνδετήρα.

Γιατί τα Σωματίδια-Συνδετήρες Είναι Εκπληκτικά

Όταν δισεκατομμύρια τέτοια σωματίδια μπλέκονται μεταξύ τους, κάτι μαγικό συμβαίνει. Δημιουργούν ένα δίκτυο συνδέσεων που κάνει όλη τη μάζα εκπληκτικά ισχυρή.

«Το εμπλεγμένο κοκκώδες υλικό με αυτά τα σωματίδια δείχνει ταυτόχρονα υψηλή αντοχή και σκληρότητα», εξήγησε ο Saeed Pezeshki, υποψήφιος διδάκτορας.

Το θέμα είναι ότι αντοχή και σκληρότητα συνήθως πάνε αντίθετα. Το γυαλί είναι ανθεκτικό αλλά όχι σκληρό — σπάει εύκολα. Το λάστιχο είναι σκληρό αλλά όχι ιδιαίτερα ανθεκτικό. Και τα δύο μαζί; Σπάνιο.

Αλλά αυτά εδώ τα υλικά; Τα καταφέρνουν.

Το Πάρτι Τρικ: η Αναστρεψιμότητα

Εδώ γίνεται πραγματικά ενδιαφέρον.

Αυτά τα υλικά μπορούν να αντιστραφούν.

Απαλές δονήσεις, και οι συνδετήρες μπλέκονται πιο σφιχτά — το υλικό γίνεται πιο δυνατό. Δυνατότερες δονήσεις, και όλο το δίκτυο διαλύεται. Επιστρέφει σε χαλαρή συλλογή σωματιδίων.

Σε δευτερόλεπτα. Από στερεό σε χαλαρό. Και πίσω.

Ο Καθηγητής Barthelat περιέγραψε ότι το να κρατάς αυτά τα υλικά αισθάνεται «πολύ μακρινό και εξωτικό». Ταιριάζει απόλυτα. Δεν είναι ακριβώς υγρό, δεν είναι ακριβώς στερεό. Κάτι ενδιάμεσο.

Τι Θα Μπορούσαμε να Κάνουμε με Αυτό;

Οι εφαρμογές είναι αρκετά συναρπαστικές.

Βιώσιμη Κατασκευή: Φαντάσου γέφυρες ή κτίρια που μπορούν να αποσυναρμολογηθούν αντί να γκρεμιστούν. Υλικά που επαναχρησιμοποιούνται. Χωρίς βαριομηχανήματα. Απλά οι σωστές δονήσεις.

Ρομποτική Σμήνους: Ένας από τους ερευνητές ανέφερε ότι συζητούσε με συναδέλφους για ρομπότ που θα μπλέκονται για να εκτελέσουν εργασίες και μετά θα ξεμπλέκονται.

Ο Pezeshki συνέκρινε την ιδέα με τον T-1000 από τον Τερμινατόρι 2 — το ρομπότ από υγρό μέταλλο που γλιστρούσε κάτω από πόρτες και ξανασχηματιζόταν. (Λατρεύω ότι σε μια επιστημονική δημοσίευση κάποιος ανέφερε τον Τερμινατόρ.)

Η Φύση το Έκανε Πρώτη

Κάτι που κάνει αυτή την έρευνα ακόμα πιο εντυπωσιακή: η εμπλοκή δεν είναι ανθρώπινη εφεύρεση. Η φύση τη χρησιμοποιεί εδώ και εκατομμύρια χρόνια.

Τα πουλινά είναι το τέλειο παράδειγμα. Κάθε κλαδί και ίνα είναι αδύναμο μόνο του, αλλά όταν πλέκονται, δημιουργούν εκπληκτικά στιβαρές κατασκευές. Τα οστά μας λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο — σκληρά ανόργανα συστατικά μπλεγμένα με μαλακότερες πρωτεΐνες.

Η ομάδα του CU Boulder ουσιαστικά αντέστρεψε τη διαδικασία, βρήκε ποιο σχήμα λειτουργεί καλύτερα — και τώρα μπορούμε να σχεδιάσουμε υλικά με τις ίδιες ιδιότητες.

Το Συμπέρασμα

Πιθανώς χρειάζονται χρόνια ακόμα για να δούμε αυτή την τεχνολογία σε κτίρια ή ρομπότ. Αλλά η βασική ανακάλυψη — ότι σωματίδια σε σχήμα συνδετήρα μπορούν να δημιουργήσουν υλικά με αυτόν τον συνδυασμό αντοχής, σκληρότητας και αναστρεψιμότητας — είναι σημαντική.

Μερικές φορές τα πιο επαναστατικά υλικά δεν προέρχονται από εξωτικές χημικές ουσίες. Προέρχονται από το να ξανασκεφτούμε κάτι τόσο απλό όσο το σχήμα των δομικών στοιχείων.

Και ειλικρινά; Ανυπομονώ να δω πού θα φτάσει αυτό.