Zvětšit obrázek

Vzorem pro jednoduchou 3-D strukturu umožňující využívat prvku mechanické nestability byla vědcům dětská hračka. (Kredit: MIT)

Pružné kulovité struktury nejsou lidským objevem. Setkáváme se s nimi na každém kroku, jen si to neuvědomujeme. Příroda je totiž skládá v rozměrech miliontin milimetru z atomů uhlíku. Před necelými dvěma roky sonda Spitzer prokázala, že molekuly připomínající tvarem fotbalový míč znají i mimozemšťané. Spektrografy zjistily sférické fullereny ve vzdálených pracho-plynných oblacích. Prozradily je jejich infračervené podpisy. Asistence Spitzera byla nutná, neboť na Zemi tepelné spektrum kosmického záření detekovat nemůžeme. V případě miniaturních buckyballs dnes již přírodu dovedeme dost dobře v laboratořích kopírovat. V tomto případě ale nejde o typické buckyballs, nýbrž o buckliballs, a ty jsou mnohem větší a příroda by je umět neměla. Nynější počin týmu vědců z MIT a Harvard University má sice s fulereny mnoho společného, ale v něčem se přece jen liší.

I když v případě fulerenů jde o opravdu velké molekuly, stále to jsou jen miliontiny milimetru. U bukliballs to jsou centimetry, decimetry a časem prý i mnohem rozměrnější struktury. Stavebním materiálem není uhlík, ale pružný polymer. S notnou dávkou škodolibosti můžeme objevenou strukturu přirovnat k okopírované dětské hračce. Ta se také umí z velkého "míče" smrštit na menší (viz video). Zatímco u radovánky pro nejmenší jsou dílky tvořící jakousi kouli spojené 26 pohyblivými spoji (podobné čepům) a 48 spoji na principu otočného zubového zámku, což je věc poměrně komplikovaná, vědcům se podařilo složitosti obejít použitím gumy. Stačilo využít její pružnosti a tvar upravit tak, aby se při snížení tlaku dokázala poskládat podobně jako origami. Fígl, který matematici museli vyřešit, spočíval ve výpočtech toho správného tvaru dovolujícího samoorganizovat strukturu tak, aby výsledkem byla zase jen „koule“.

Pryžový buckliball je dutý míč z pružného materiálu, který má dvacet čtyři, téměř čtvercových plošek obklopených zeslabenými kruhovými dolíčky. Když se z „mičudy“ vysává vzduch, zeslabená místa se elipticky protáhnou, polovina tužších čtyřhranných struktur se začne otáčet ve směru hodinových ručiček a zbytek v protisměru. Harmonickým pohybem, při němž se všechny dílky současně stáčejí po vertikálních a horizontálních elipsách, se původní objekt během chvilky přemění v kulovitý osmistěn (rhombicuboctahedron) o méně než poloviční velikosti - 46 procent původního objemu.

Spustit video

Buckyballs nejsou jen produktem pozemského spalování fosilních paliv. Fulerenové míčky rozvibrované kosmickým zářením jsou také významnou součástí vzdálených planetárních mlhovin. Kredit: SCVTV.COM

Pružnost použitého materiálu dovoluje, aby scvrkávaní a bobtnání bylo vratné.
Nejdříve bychom se s praktickou realizací objevu měli setkat ve stavitelství. Například u střech, které by se v případě potřeby samy rychle poskládaly, ať už nad volným prostranstvím, nebo budovou. Po nich by měly následovat nové typy robotických ramen. Ty se budou při změně tlaku ohýbat a nabývat různých podob podle toho, ve kterých místech budou zrovna ukotveny. V medicíně by mohly mít šanci uspět tvarované kapsle, z nichž by se léčivo uvolňovalo až po patřičném signálu. Těšit se můžeme i na nové povrchové materiály protetických náhrad, které budou věrněji napodobovat elasticitu kůže. Kde všude bude možno využít tohoto prvku nestability, v němž i jemný podnět vede k razantní změně tvaru a objemu, teprve začínáme tušit.

I tentokrát ale matka příroda objevitelům radost poněkud zkazila. Podobný mechanismus totiž využívají i viry. Jejich nukleové kyseliny mění strukturu a s tou i objem některých svých partií. Jen místo dofukování a upouštění vzduchu pracují se změnou kyselosti prostředí. Díky tomuto mechanismu se jim daří probourávat se do buněk svých hostitelů už miliony let, jen si svůj poznatek zapomněly patentovat.

Prameny:Massachusetts Institute of Technology