– Wyobraź sobie zwykłą gumkę. Możesz ją naciągnąć, puścić i przeleci przez pokój. A teraz wyobraź sobie supergumkę. Jeśli rozciągniesz ją poza pewien punkt, uwolnisz energię zmagazynowaną w materiale. Jeśli ją puścisz, przeleci milę – mówi naukowiec z Massachusetts.
Naukowcy inspirowali się mrówkami - dzięki temu stworzyli materiał który magazynuje i na zawołanie uwalnia energię USGS / Unsplash
Naukowcy z University of Massachusetts Amherst opracowują nowy materiał, który może absorbować i uwalniać olbrzymie ilości energii. I to w sposób przewidywalny i programowalny.
Przykład z gumką podaje Alfred Crosby, kieerujący badaniami profesor nauk i inżynierii polimerów na UMass Amherst. Jego zespół ogłosił niedawno w Proceedings of the National Academy of Sciences, że zaprojektował nową, podobną do gumy substancję stałą, która ma zaskakujące właściwości. Potrafi wchłonąć i uwolnić bardzo duże ilości energii. I jest to proces programowalny.
Nowy materiał jest niezwykle obiecujący dla wielu gałęzi przemysłu. Może zostać użyty do zwiększania mocy robotów bez zużywania dodatkowej energii, produkcji nowych rodzajów kasków, hełmów, kamizelek kuloodpornych i materiałów ochronnych.
Opisywana przez Crosby'ego hipotetyczna gumka wykonana jest właśnie z nowego metamateriału – substancji zaprojektowanej tak, aby mieć właściwości niespotykane w naturalnych materiałach. To elastyczna, podobna do gumy substancja z osadzonymi w niej maleńkimi magnesami. Ten nowy "elastomagnetyczny" materiał wykorzystuje właściwość fizyczną znaną jako przesunięcie fazowe, aby znacznie zwiększyć ilość energii, którą materiał może uwolnić lub pochłonąć.
Przesunięcie fazowe to proces, w którym materiał przechodzi z jednego stanu do drugiego: zachodzi na przykład przy gotowaniu wody czy twardnieniu betonu. Za każdym razem, gdy materiał zmienia swoją fazę, energia jest albo uwalniana, albo pochłaniana. Przesunięcia fazowe nie ograniczają się tylko do zmian między stanem ciekłym, stałym i gazowym – może wystąpić przesunięcie z jednej fazy stałej do drugiej.
Naukowcy uznali, że przesunięcie fazowe, które uwalnia energię, można wykorzystać jako źródło zasilania. Musieli jednak wzmocnić uwalnianie lub absorpcję energii. Naukowcy użyli tzw. metamateriałów i – jak twierdzi Crosby – przezwyciężyli nie tylko tę barierę, ale opracowali też algorytmy, które umożliwiają zaprogramowanie tych materiałów na określone reakcje.
Co ciekawe, zespół zainspirował się niektórymi błyskawicznie szybkimi reakcjami obserwowanymi w naturze: szczękami-pułapkami niektórych gatunków mrówek oraz roślinami polującymi na owady.
Badania te wspiera Laboratorium Badawcze Armii USA i Biuro Badawcze Armii USA, a także Instytut Technologii Harbin w chińskim Shenzhen (HITSZ). Nie jest więc wykluczone, że znajdą zastosowanie militarne.
