Magnetoguma. Kredit: UMass Amherst.

Představte si gumičku. Navlékněte ji pomyslně na prst. Napněte. A palte. Pokud nejste úplně dřevo, poletí přes celou místnost. A teď si představte supergumičku. Když ji napnete na určitou délku, tak aktivuje extra energii, která je v takovém materiálu uložená. Jak říká polymerový čaroděj Alfred Crosby z americké University of Massachusetts Amherst, který tento popis vymyslel, když takhle odpálíte supergumičku, uletí kilometr.

Alfred Crosby. Kredit: UMass Amherst.

Nejlepší na tom je, že supergumička existuje, tedy alespoň materiál s podobnými vlastnostmi, o nichž byla řeč. Crosby a jeho tým vyrobili novou gumovitou substanci, která má podivuhodné vlastnosti. Může absorbovat a uvolňovat ohromující množství energie. Také je v této schopnosti programovatelná. Nový materiál slibuje úctyhodné množství aplikací, od posílení výkonu robotů aniž by byl nutný další zdroj energie až po nové přilby a ochranné materiály, které velmi účinně rozptylují energii.

Zmíněná nová substance je vlastně metamateriál, který kombinuje pružnou gumu s nepatrnými magnety, umístěnými uvnitř. Tímto způsobem vznikl elasto-magnetický materiál, který využívá k masivnímu zesílení množství absorbované a uvolnění energie fázový posun. K fázovému posunu dochází, když materiál změní skupenství či fázi, například když se voda vypaří nebo naopak zmrzne na kost. Může ale také jít třeba o dvě různé fáze pevné látky. Při fázovém posunu přitom dochází k absorpci či uvolnění energie.

Logo. Kredit: University of Massachusetts Amherst.

Jak říká Crosby, už delší dobu se vědělo, jak by asi takové materiály měly vypadat. Bylo ale velmi obtížné něco takového vyrobit. Zásadní bylo použití metamateriálu, s nímž se jim podařilo překonat dosavadní technické obtíže a zároveň vyvinout algoritmy, které umožňují programovat vlastnosti takového materiálu, aby nebyl nevypočitatelný.

Badatelé se inspirovali bleskově rychlými pohyby v přírodě, jako u pastí masožravek nebo kusadel mravenců. A posunuli je na vyšší úroveň. Vložené nepatrné magnety ovládají fázové přechody magnetogumy, přičemž chování metamateriálu je možné programovat, aby dělal přesně, co má. Magnetoguma může absorbovat energii drtivého nárazu nebo naopak zařídit explozivně intenzivní pohyb uvolněním značného množství energie.

Video: Alfred Crosby Group Intro, UMass PSE 2021

Literatura

University of Massachusetts Amherst 2. 2. 2022.

PNAS 119: e2118161119.