Obálka prvního českého vydání Veršů psaných na vodu z roku 1956. Vydalo tehdejší Státní nakladatelství krásné literatury, hudby a umění. Zdroj: Databazeknih.cz

„Písmo je prastará komunikační technika stará nejméně 30 000 let“, připomíná v úvodu svého článku zveřejněném v odborném časopisu Small (zde) pětice fyziků z Univerzity Johannese Gutenberga v Mohuči a Technické univerzity v Darmstadtu. Ve své studii popisují způsob, jak psát nebo kreslit jednoduché vzory do tekutého média, jakým je i voda.

Aniž bychom to zkoušeli, tušíme, že hrotem plnícího pera do vody nic nenapíšeme, protože jeho tvar a velikost při pohybu vytváří turbulence, jež inkoust v mžiku rozptýlí do skvrny, a ta zakrátko zmizí. Proto je nutné použít nepoměrně menší kreslící nástroj, který bude co nejméně vířit své okolí. Tedy ani pevné držadlo, jimž by se dal ručně ovládat, není přípustným řešením. Tím však může být miniaturní kulička s průměrem mezi 20 až 50 mikrometrů (setin milimetru) pohybující se jen vlivem gravitace, tedy náklonů nádobky s tekutým médiem. Jenže tak titěrnou sféru není možné naplnit inkoustem.

Psaní a kreslení ve vodě (úsečky v jednotlivých oknech představují měřítko 250 µm) Kredit: Thomas Palberg, Benno Liebchen, in: N. Möller et al., Writing in Water, Small, 21. August 2023,

Vědci tedy "barvivo" s označením Si832 z mikročásteček oxidu křemičitého rozptýlili přímo do vody, čimž vznikla velmi řídká suspenze. Psací kuličku vytvořili z ionexu – vysokomolekulární pryskyřice s vysokou pórovitostí a s povrchovým nábojem, jež v kapalném médiu vychytává zbytkové kationy solí a zaměňuje je za protony (jádra lehkého vodíku – více zde).

Tím kulička ve svém bezprostředním okolí snižuje pH vody, čili zvyšuje její kyselost. Kolem ní tak vzniká gradient pH, který přitahuje mikročástečky Si832 a soustřeďuje je do míst s nejnižší hodnotou. Tato koncentrace inkoustu zviditelňuje trajektorii kutálejícího se mikropera v podobě jemné 3D čáry o průměru několik setin milimetru.

K napsaní písmene nebo nakreslení požadovaného vzoru pak stačí nádobku s řídkým koloidním roztokem barviva vhodně naklánět, což samozřejmě není jednoduché. Aby fyzikové předešli složitějšímu a nepřesnému ručnímu ovládání, vyvinuli programovatelnou kolébku pro jemnou manipulaci s nádobkou. Díky tomu se jim například podařilo v nádržce se dnem o velikosti pětikoruny nakreslit jednoduchý tvar domečku o výšce asi 4 mm.

Horní obrázek: zorného pole mikroskopu s kuličkou kutálející se po nakloněném dně skleněné nádobky s koloidním roztokem speciálního inkoustu, jenž se koncentruje v její stopě. Měřítko: 200 µm. Dolní obrázek: model gradientu pH u dna nádobky, po němž se „iontoměnící“ kulička pohybuje. Tím, že snižuje ve svém okolí pH, přitahuje k sobě částečky inkoustu, jež pak zviditelňuje její dráhu. Kredit: N. Möller et al., Writing in Water, Small, 21. August 2023, DOI - upraveno

Schéma principu psaní ve vodě: kulička mění pH ve svém okolí, to přitahuje částice inkoustu, který zvýšenou koncentrací zabarví stopu pohybu podvodního pera Kredit: Thomas Palberg, Johannes Gutenberg Universität

Zmíněnou metodou však lze do vody reprodukovat písmo nebo tvar tvořený souvislou čarou. Kdyby se ale pro kuličku použil iontoměnící materiál, který lze zapínat a vypínat světlem, bylo by možné psát a kreslit také přerušovanými „tahy“. Což by umožnilo vymazávat a opravovat.

Jistě si mnozí kladete fyzikálně logickou otázku: A co nevyhnutný rozptyl čar v důsledku chaotického tepelného pohybu molekul vody? Máte pravdu, v závislosti od teploty se písmo i v klidném tekutém médiu v průběhu několika minut rozplyne. Existují ale "lepkavé“ inkousty citlivé na UV záření, které by umožnily čitelnost napsaného uchovat i po dobu delší deseti minut.

Jde zatím o pionýrský průzkum možnosti psaní do kapaliny. Již nyní však vědci uvažují o dalších variantách experimentů, při nichž by testovali jiné psací nástroje, způsoby jejich ovládání i různé druhy inkoustu. Kupříkladu jednu z možnosti nabízejí fluorescenční barvy, nebo použití několika miniaturních kreslících kuliček natolik lehoučkých, že by je bylo možné navzájem nezávisle ovládat optickými pinzetami, každou ve všech třech směrech. Výsledkem by byly komplikovanější 3D tvary nebo písmena zářící v kapalině. Zajímavé, i když žel pomíjivé. A když už jsme u té nevyhnutelné prchavosti, vraťme se v závěru opět k úvodu a úžasným Veršům psaným na vodu:

„Kdybych tak mohl – až přijde stáří –
zavřít své dveře, zavolat:
Hola!
Pán se vám pěkně poroučet dává,
že není doma!“

Spustit video

Zdroje:

Johannes Gutenberg-Universität Mainz Aktuelles,

Nano.Micro Small (volně přístupný článek)

V jeho závěru, mezi doplňkovými soubory je 9 krátkých videí ke stažení.