Představte si: Hromada kancelářských sponek, která drží jako přivařená

Zavřete oči a vyložte si to se mnou.

Máte v ruce pár obyčejných kancelářských sponek. Hodíte je do sáčku, zatřesete — a najednou drží pohromadě jako jeden kus železa. Taháte za ni, trháte, ale nic. Drží.

Pak to sáčkem zatočíte jinak a celá ta hmota se rozpadne. Zase jen hromádka neškodných kousků drátu.

Zní to jako kouzlo? Vědci z University of Colorado Boulder právě dokázali, že to není sci-fi. A já z toho prostě nemůžu vyjít z mění.

Tajemství je ve tvaru

Tady to začíná být fakt zajímavé. Tým vede profesor Francois Barthelat, který řídí Laboratoř pokročilých materiálů a bioinspirace — prostě skvělé jméno, že? Jeho tým zkoumal, jaký vliv má tvar malých částeček na vlastnosti celku, když jich máte miliardy pohromadě.

Vezměte si třeba písek. Každé zrnko je kulaté a hladké. Když je nasypete na hromadu, kloužou po sobě jako kuličky. Proto písek teče jako voda.

Ale co kdyby ty částečky měly jiný tvar?

Vědci pomocí počítačových simulací otestovali tisíce různých tvarů. Hledali ten, který by co nejvíc provázal jednotlivé kousky dohromady. A víte, který tvar vyhrál? Dvounohý tvar, který nápadně připomíná... sponku.

Přesně tak. Tu sponku, kterou přidržujete papíry na stole.

Proč jsou sponky vlastně úžasné

Když smícháte miliardy těchto miniaturních sponkových částeček, něco se stane. Propletou se navzájem v neuvěřitelně složité sítě, které celou hmotu překvapivě zpevní.

„Entanglovaný granulární materiál z částeček ve tvaru sponky ukazuje současně vysokou pevnost i houževnatost," vysvětluje doktorand Saeed Pezeshki.

Tady je ten háček: pevnost a houževnatost jsou obvykle protiklady. Vezměte si sklo — je pevné (těžko se rozbije), ale není houževnaté (rozbije se na tisíc kousků). Guma je houževnatá (vstřebá nárazy), ale není zrovna pevná. Mít obě vlastnosti najednou? To se v přírodě vidí málokdy.

Ale tyto sponkové materiály? Zdá se, že tohle umí.

Hlavní číslo: vratnost

A tady přichází ta opravdová pecka.

Tyto materiály se dají vrátit zpátky.

Přidáte jemné vibrace a sponky se propletou ještě těsněji, hmota ztvrdne. Přitlačíte na vibrace a celá síť se rozpadne — zase na hromádku jednotlivých částeček.

Během pár sekund. Z pevného na sypké. A zase zpátky.

Profesor Barthelat popsal ten pocit, jako by držel něco „velmi vzdáleného a exotického". A upřímně? Trefa do černého. Není to úplně kapalina, není to úplně pevná látka. Je to něco mezi. Něco, co se dá přepínat mezi stavy podle jednoduchého impulsu.

Co s tím budeme dělat?

Aplikace jsou fakt vzrušující, když se nad nimi zamyslíte.

Udržitelná stavebnictví: Představte si mosty a budovy, které se dají místo demolice rozebrat. Tyto materiály by mohly být na konci životnosti rozloženy a znovu použity. Žádné bourání kladivy. Jen správné vibrace a vše se rozestoupí, aby se dalo znovu použít jinde. Docela pádný argument pro zelenější stavebnictví.

Robotické roje: Jeden z výzkumníků zmínil, že by to mohlo jít využít pro roboty, kteří se propletou, aby něco udělali, a pak se zase rozpletli, když mají hotovo.

„Mluvil jsem se studenty, kteří si myslí, že by se tato technologie dala využít v robotických rojích — malí roboti by se propletli, vykonali úkol a pak se rozpletli," řekl Pezeshki.

Zmínil dokonce, že to trochu připomíná T-1000 z Vetřelce 2 — toho robota z tekutého kovu, který se roztavil, protáhl pod dveřmi a zase zformoval. (Miluju, že v nějakém vědeckém článku nepochybně někdo zmínil Vetřelce.)

Příroda to dělá už miliony let

Tady to začíná být ještě fascinující: entaglement není žádný lidský vynález. Příroda tento princip používá odjakživa.

Ptačí hnízdo je perfektní příklad. Každá větvička je sama o sobě křehká, ale propletené vytvářejí překvapivě pevnou strukturu. Vaše kosti fungují podobně — tvrdé minerální komponenty zamotané v měkčích bílkovinách dávají dohromady něco pevného a odolného.

Tým z CU Boulder vlastně tento princip zreverzněoval, přišel na to, jaký tvar stavebního bloku funguje nejlíp, a teď se otevírá možnost navrhovat materiály se stejnými vlastnostmi.

Co z toho plyne

Jsme pravděpodobně ještě roky daleko od toho, aby tyto materiály skutečně fungovaly v budovách nebo robotech. Ale základní objev — že částečky ve tvaru sponky dokážou vytvořit materiály s touto kombinací pevnosti, houževnatosti a vratnosti — je vážně významný.

Někdy ty nejpřevratnější materiály nepocházejí z exotických chemikálií nebo složitých výrobních procesů. Někdy přijdou prostě tím, že přemyslíte tvar stavebního bloku.

A upřímně? Těším se, kam to povede.

Zdroj: ScienceDaily