Ez az elnevezés az anyagtudomány olyan új kutatásaiból származik, amelyek az anyag és közvetlen környezete közötti – az élőlényekéhez hasonló – aktív kapcsolatot igyekeznek feltárni és kiaknázni. A fő cél olyan szintetikus anyagok tervezése, amelyek előnyösen reagálnak a környezeti hatásokra – világította meg bevezetőjében titokzatos tudományterületét a kémikusprofesszor, majd rátért e modern anyagok részletes ismertetésére.
A modern szerkezeti anyagok, más néven első generációs szintetikus anyagok egyik jellemzője, hogy környezetükkel passzív módon érintkeznek, s annál jobbak, minél hosszabb ideig őrzik meg alakjukat és tulajdonságaikat, mint például a speciális fémek, kerámiák, műanyagok és ezek kombinációi. A funkcionális vagy második generációs anyagoknál már nem a legelőnyösebb mechanikai tulajdonságok elérése a fő cél, hanem a különféle anyagokat jellemző egyedi, főként fizikai tulajdonságok összekapcsolása egyetlen anyagban. A szilícium például a fényerősség változását feszültséggé alakítja át, s ezzel az optikai és az elektromos tulajdonságok között teremt kapcsolatot.
Intelligens anyagoknak azokat a funkcionális anyagokat nevezzük, amelyek érzékelik közvetlen környezetük fizikai vagy kémiai állapotának jellemzőit, a jeleket feldolgozzák, majd állapotuk jelentős megváltoztatásával gyors és egyértelmű választ adnak rájuk. Intelligens anyagok esetében a környezet kis változására igen nagyfokú tulajdonságváltozás következik be, vagyis a válasz mértéke jóval nagyobb az inger nagyságánál. További ismérvük a gyors reakcióidő és a megfordíthatóság: a változást kiváltó hatás megszűntével az ilyen anyagok eredeti állapota helyreáll – hangsúlyozta az előadó.
Az alakmemóriával rendelkező kemény anyagok alkotják az intelligens anyagok egyik nagy, önálló csoportját, amelybe az „emlékező” fémek és műanyagok tartoznak. Ha az ilyen „emlékező” fém formáját egy kritikus hőmérséklet felett hozzuk létre, akkor a fém erre az alakra a kritikus hőmérséklet alatt bekövetkező maradandó alakváltozás után is „emlékszik”. Ha alacsony hőmérsékleten valamilyen mechanikai hatás miatt a fémtárgy alakja meg is változik, a kritikusnál magasabb hőmérsékletre hevítve visszanyeri eredetileg kialakított formáját. Az „emlékező” anyagok megjelenése új lehetőségekkel gyarapíthatja a modern technikát – hangsúlyozta a profeszszor. Az orvosi gyakorlatban például eredményesen alkalmazzák őket elzáródott erek újbóli megnyitására. A kritikus hőmérsékletet éppen az emberi test hőmérsékletére állítják be, majd a fémet vagy a műanyagot, melegen, spirál alakúra hajtják össze. Ezt követően az így nyert rugót lehűtik, aztán egyenesre nyújtják. Betolják az érbe, s ott a testmeleg hatására az egyenes szál ismét spirállá ugrik össze, így tágítja az eret, és megakadályozza, hogy az esetleges vérrögöket a véráram magával ragadja.
A lágy anyagok közé sorolhatók a folyadékok, a rugalmas műanyagok, biológiai anyagaink nagy többsége, valamint a szilárd és a folyadék halmazállapot között elhelyezkedő nagy folyadéktartalmú gélek. E folyadékok egyenletesen eloszlatott mikro- vagy nano-méretű szilárd részecskéket tartalmaznak. Mivel a parányi részecskék nagymértékben kötődnek a folyadékmolekulákhoz, a részecskék elmozdulása a teljes folyadék elmozdulásával jár. A folyadék mozgását és adott helyen tartását irányítani lehet a külső mágneses, illetve elektromos térrel. Ezt ki lehet használni a kenéstechnikában. Az olajos közegű mágneses folyadék ugyanis kiváló kenőanyag, mivel nem folyik ki a felmágnesezett, mozgó fémalkatrészek közötti szélesebb résekből sem. Ezek a folyadékok a jövőben kiszoríthatják a hagyományos kuplungokat, lengéscsillapítókat és más erőátviteli rendszereket.
A polimergélek átmenetet képeznek a szilárd és a folyadék halmazállapot között. Alaktartók és könnyen deformálhatók, a környezeti paraméterek (hőmérséklet, elegyösszetétel, pH) változására főként térfogatuk megváltoztatásával válaszolnak. Ez a térfogatváltozás, amelynek nagysága több százszoros is lehet, alkalmas mechanikai munkavégzésre, valamint különleges alakváltozások és mozgások megvalósítására. E tulajdonságok miatt a polimergélek különleges helyet foglalnak el az intelligens anyagok között – hangsúlyozta az előadó, majd hozzátette: nincs még egy olyan anyagi rendszer, amely olyan sokféle környezeti hatásra reagálna, mint a polimergél, amely kitűnően felhasználható a korszerű gyógyszeres terápiában. Nem elég ugyanis olyan molekulát találni, amely gyógyító hatású. Azt még el is kell juttatni a megfelelő helyre, továbbá folyamatosan biztosítani kell a hatóanyag optimális koncentrációját a gyógyulási folyamat során. Közismerten a méregdrága gyógyszerhatóanyagoknak csak igen kis hányada jut el oda, ahol hatnia kell, nagyobb mennyisége kárba vész vagy nemkívánatos változásokat okoz, ezért a hagyományos módszer rendkívül pazarló. E probléma megoldásához új gyógyszerhordozók előállítására van szükség, amelyek a polimergélek felhasználásával előállíthatók lesznek a jövőben.
Az élő szervezetben sokféle energiafelhasználással járó folyamat játszódik le. Talán a legjelentősebbek közülük az izomban végbemenő, mechanikai energiát eredményező folyamatok. Az izom feladatát olyan makromolekulák végzik, amelyeknek alapvető tulajdonsága az összehúzódásra való képesség.
Lehet-e lágy anyagból hasznos technikai-technológiai eszközöket készíteni, készíthető-e szintetikus izom? – tette föl a kérdést Zrínyi Miklós. A japán, angol, olasz és amerikai szakemberek optimisták: elképzelhetőnek tartják, hogy már a közeljövőben pótolható lesz az emberi izom. Lágy, hangtalan motorok és pumpák (mint például a műszív) kifejlesztése már több laboratóriumban folyik.
Szabályozástechnikai szempontból a számítógéppel vezérelhető hatások rendkívül előnyösek a mesterséges izmok alkalmazásakor. Az elektromos térrel előidézett deformációk gyorsak, jól szabályozhatók, és igen sokféle komplex mozgás megvalósítására alkalmasak. Ezért az utóbbi évek kutatásainak súlypontja átkerült az elektromos hatásokkal aktiválható anyagok kifejlesztésére.
Az elektromos hatásokkal mozgatható rugalmas anyagok különleges csoportja a mágneses gélek és elasztomerek. Mechanikai állapotuk elektromágnesek által keltett mágneses térrel befolyásolható. Jól megválasztott mágneses tér segítségével nyújthatók, hajlíthatók, forgathatók és összehúzhatók. Az alakváltozás jelentős mértékű és igen gyors, így az elemi mozgások mindegyike könnyedén megvalósítható. Elektromágnesek megfelelő elrendezésével megvalósítható, hogy a gél egyik részét nyújtjuk, a mellette lévőt pedig összenyomjuk. Lehetővé válik bonyolult biológiai mozgások utánzása, s ezáltal olyan új típusú gélgépek konstruálása, amelyek nem tartalmaznak súrlódásnak kitett alkatrészeket. Ez pedig tág lehetőséget nyújt a lágy robottechnika vagy lágy műszaki szerkezetek (például lágy és nedves dugattyúk, hengerek) kifejlesztésére – zárta előadását a kémikus.
origo.hu
Orbán Viktor: Már megint Bognár Gyuri a király!
