Επανάσταση Στις Κατασκευές Και Την Ιατρική. Υλικά Που Θα Αλλάξουν Τον Κόσμο
Επανάσταση στις κατασκευές και την ιατρική
Πόσο ζωντανό. Υλικά που θα αλλάξουν τον κόσμο
ΜΟΣΧΑ, 23 Ιουνίου – RIA Novosti, Vladislav Strekopytov. Μια νέα κατεύθυνση στις βιομηχανικές τεχνολογίες είναι τα «έξυπνα» υλικά που προσαρμόζονται στο περιβάλλον. Πρόκειται για αυτοθεραπευόμενο σκυρόδεμα και ύφασμα που προσαρμόζεται στις καιρικές συνθήκες και ιατρικούς επιδέσμους που «ενεργοποιούν» μια αντιβακτηριδιακή λειτουργία εάν είναι απαραίτητο. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, έρχεται η εποχή των 4D αντικειμένων που αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου.
Επανάσταση στις κατασκευές και την ιατρική
Τα «έξυπνα» υλικά (από τα αγγλικά έξυπνα υλικά) είναι εδώ και καιρό μέρος της καθημερινότητας. Τα πιο απλά παραδείγματα είναι γυαλιά χαμαιλέοντα, πιεζοηλεκτρικοί και θερμοηλεκτρικοί αισθητήρες για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση οικιακών συσκευών, αισθητήρες σε tablet και smartphone.
Αλλά αυτή είναι η κορυφή του παγόβουνου. Στην παραγωγή προϊόντων υψηλής τεχνολογίας χρησιμοποιούνται ευρέως ουσίες που αλλάζουν φυσικές ιδιότητες ή σχήμα υπό την επίδραση φωτός, θερμοκρασίας, πίεσης, μηχανικής παραμόρφωσης, τάσης ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων, χημικών ή βιολογικών επιδράσεων.
Τα έξυπνα υλικά της νέας γενιάς έχουν τέτοιες ιδιότητες ζωντανών οργανισμών όπως η προσαρμοστικότητα, η δραστηριότητα και η αυτονομία. Οι νανοδομές και οι μακροδομές που δημιουργούνται από αυτά, σύμφωνα με τους επιστήμονες, θα μπορούν να αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον: να λαμβάνουν ενέργεια από εκεί και ανεξάρτητα, χωρίς προηγούμενο προγραμματισμό, να «λαμβάνουν αποφάσεις» σχετικά με τη μετακίνηση και την αλλαγή των δικών τους φυσικών ιδιοτήτων ανάλογα με τα σήματα που προέρχονται από εξω απο. Στην επιστημονική βιβλιογραφία τέτοια υλικά ονομάζονται «ρομποτικά» ή «έμψυχα» (έμψυχα υλικά).
Βρετανοί επιστήμονες σε ειδική έκθεση για τη Βασιλική Εταιρεία του Λονδίνου γράφουν ότι τα τεχνητά υλικά με τις ιδιότητες της ζωντανής ύλης θα προσφέρουν μια σημαντική ανακάλυψη σε τομείς όπως οι κατασκευές, η ρομποτική, η ιατρική και η παραγωγή ρούχων.
Ως μοντέλο για τη δημιουργία αντικειμένων που μοιάζουν με τη φύση, οι συγγραφείς αναφέρουν ένα δέντρο που λαμβάνει ενέργεια και θρεπτικά συστατικά από το εξωτερικό για ανάπτυξη και αυτοθεραπεία. Προσαρμόζει τη μορφή και την εσωτερική δομή στους περιορισμούς και τις δυνατότητες του περιβάλλοντος. Και εξάλλου υπάρχει και λειτουργεί ως στοιχείο ενός ευρύτερου οικοσυστήματος. Τα κύτταρα και οι ιστοί ενός δέντρου εκτελούν διαφορετικές εργασίες. Μερικοί συνθέτουν τη δομή, άλλοι είναι υπεύθυνοι για συγκεκριμένες διεργασίες, όπως η μεταφορά νερού ή μετάλλων από τις ρίζες στα φύλλα ή το αντίστροφο.
Το πρώτο σημάδι ζωής
Στην πρώτη γραμμή βρίσκεται πλέον η έρευνα για τη δημιουργία υλικών που έχουν το βασικό χαρακτηριστικό των ζωντανών οργανισμών – την ικανότητα να αναγεννώνται. Στις κατασκευές χρησιμοποιείται ήδη αυτοθεραπευόμενο σκυρόδεμα και στην παραγωγή αεροσκαφών χρησιμοποιούνται ειδικά πολυμερή, μικρορωγμές στις οποίες «σφίγγονται» με τον καιρό. Πρόσφατα εμφανίστηκαν στην αγορά βαφές αυτοκινήτου για αφαίρεση γρατσουνιών.
Στην ίδια ομάδα περιλαμβάνονται πλαστικά και κράματα μετάλλων με μνήμη σχήματος, τα οποία επανέρχονται στην προηγούμενη κατάσταση μετά την αφαίρεση του φορτίου ή την αλλαγή της θερμοκρασίας. Για παράδειγμα, η νιτινόλη – ένα μείγμα νικελίου και τιτανίου – θυμάται το σχήμα που δίνεται κατά τη σκλήρυνση. Στη συνέχεια, το κράμα μπορεί να ψυχθεί και να λυγίσει, αλλά όταν ξαναθερμανθεί, θα επιστρέψει στην αρχική του μορφή. Τέτοιες τεχνολογίες χρησιμοποιούνται σε «τεχνητούς μύες» ρομπότ και σε θερμοστάτες.
© Εικονογράφηση RIA Novosti
Το αρχαιότερο οικοδομικό υλικό με προσαρμοστική αυτοίαση είναι το ασβεστοτσιμέντο των κατασκευών της Αρχαίας Αιγύπτου . Το νερό που εισέρχονταν στις ρωγμές αντέδρασε με το διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα και οι κρύσταλλοι ανθρακικού ασβεστίου που προέκυψαν στερέωσαν σφιχτά τα μπλοκ μεταξύ τους. Αυτό είναι ένα από τα μυστικά της εξαιρετικής δύναμης των αιγυπτιακών πυραμίδων, πιστεύουν οι επιστήμονες.
Το ασφαλτικό μείγμα έχει παρόμοιες ιδιότητες. Περιέχει πίσσα, η οποία όταν λιώσει γεμίζει ρωγμές στο υλικό. Οι αρχαίοι Ασσύριοι, Φοίνικες και Αιγύπτιοι χρησιμοποίησαν εκτενώς τις στεγανωτικές και συγκολλητικές ιδιότητες της φυσικής ασφάλτου στην κατασκευή κτιρίων και πλοίων.
Σήμερα, οι μηχανικοί βελτιώνουν τις αρχαίες τεχνολογίες και δημιουργούν υλικά ικανά για αυτοδιάγνωση και ανάκτηση χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση. Μια προσέγγιση που χρησιμοποιείται για την παραγωγή προσαρμοστικών ασφαλτών, σκυροδέματος και πλαστικών είναι η προσθήκη καψουλών που σπάνε όταν καταστραφούν, απελευθερώνοντας θεραπευτικούς παράγοντες. Στην άσφαλτο, αυτές οι κάψουλες γεμίζουν με ασφαλτούχους διαλύτες, σε σκυρόδεμα και πλαστικά – με εποξειδική κόλλα ή πυριτικό νάτριο, το οποίο μεταλλοποιείται υπό την επίδραση αέρα και νερού.
Το πρόβλημα είναι ότι οι ενσωματωμένες κάψουλες δεν μπορούν να αντικατασταθούν – η ικανότητα αναγέννησης πρέπει να “ενσωματωθεί” στις ιδιότητες του ίδιου του υλικού. Τα πιο κατάλληλα πολυμερή, που αποτελούνται από μακριές επαναλαμβανόμενες αλυσίδες μορίων που συνδέονται μεταξύ τους. Οι επιστήμονες εργάζονται για τη δημιουργία υψηλομοριακών ουσιών με εσωτερικούς μηχανισμούς για την αποκατάσταση σπασμένων χημικών δεσμών. Το έναυσμα που ξεκινά τη διαδικασία μπορεί να είναι η θερμική ή χημική ενεργοποίηση, καθώς και η έκθεση στο φως ή άλλη ακτινοβολία.
Μέχρι στιγμής, αυτό ήταν δυνατό μόνο για ελαστικά πολυμερή. Οι δεσμοί μεταξύ των συστατικών τους είναι σχετικά αδύναμοι και οι μοριακές αλυσίδες αποκαθίστανται πιο εύκολα. Ένα ενδιαφέρον παράδειγμα αυτής της εξέλιξης είναι το υπερελαστικό τεχνητό καουτσούκ, το οποίο επιστρέφει στο αρχικό του σχήμα μετά από δεκάδες τέντωμα και τα κομμένα άκρα ματίζονται με ελαφρά θέρμανση σε θερμοκρασία δωματίου. Τα αυτοθεραπευόμενα πολυμερή έχουν μεγάλη ζήτηση στη δημιουργία μαλακής ρομποτικής.
29 Ιανουαρίου 2020, 11:18
Ρώσοι επιστήμονες δημιούργησαν ένα νανορομπότ που σκοτώνει τα καρκινικά κύτταρα
Από την ανάκαμψη στην ανάπτυξη
Το επόμενο στάδιο στην προσέγγιση των «έξυπνων» υλικών για να «ζωντανέψουν» είναι η εμφάνιση μιας συνάρτησης ανάπτυξης σε αυτά. Αυτή η μετάβαση συνήθως συνδέεται με την εμφάνιση ενός βιολογικού συστατικού.
Έτσι, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι εάν το βακτήριο Synechococcus που είναι κοινό στο θαλασσινό νερό προστεθεί σε ένα μείγμα ζελατίνης, ασβεστίτη και άμμου, τότε σε μια ορισμένη θερμοκρασία και υγρασία, η σύνθεση αρχίζει να διαστέλλεται, γεμίζοντας σταδιακά τη φόρμα που του παρέχεται. Μετά την ψύξη και το στέγνωμα, είναι δυνατό να ληφθούν μέρη πολύπλοκης διαμόρφωσης, τα οποία μέχρι τότε κατασκευάζονταν μόνο σε τρισδιάστατο εκτυπωτή.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα προσαρμοστικά υλικά δεν περιέχουν οργανισμούς αλλά αλληλεπιδρούν με τους ζωντανούς ιστούς για ανάπτυξη και ανάπτυξη. Ένα παράδειγμα είναι το βιοενεργό γυαλί, το οποίο χρησιμοποιείται στην ορθοπεδική και οδοντιατρική χειρουργική εδώ και είκοσι χρόνια. Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά εμφυτεύματα, συγχωνεύεται με το οστό ακόμη και χωρίς σχηματισμό ουλώδους ιστού και δεν προκαλεί φλεγμονή ή απόρριψη του ανοσοποιητικού.
Οι γιατροί πιστεύουν ότι με τη βοήθεια της τρισδιάστατης εκτύπωσης από ελαστικό βιοενεργό γυαλί, είναι δυνατό να παραχθούν όχι μόνο θραύσματα οστών και αρθρώσεων, αλλά και ιστός χόνδρου. Αυτή η τεχνολογία θα είναι μια σημαντική ανακάλυψη στη θεραπεία των αθλητικών τραυματισμών.
Τα έξυπνα υλικά της νέας γενιάς έχουν τη μεγαλύτερη ζήτηση στην ιατρική. Το πιο απλό παράδειγμα είναι οι βιοδραστικοί επίδεσμοι, οι οποίοι, όταν εμφανίζονται βακτήρια, αρχίζουν να εκκρίνουν αντιβιοτικά. Μια πιο προηγμένη επιλογή είναι οι επίδεσμοι που αλλάζουν χρώμα, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προσδιοριστεί εάν τα μικρόβια ανθεκτικά στα φάρμακα παραμένουν κάτω από τον επίδεσμο.
© Εικονογράφηση RIA Novosti
Αλλαγή χρώματος του ενεργού επίδεσμου 4D: πράσινο – τα βακτήρια απουσιάζουν. κίτρινο – ανιχνεύονται βακτήρια, ο επίδεσμος απελευθερώνει αντιβιοτικά που σκοτώνουν τα βακτήρια που είναι ευαίσθητα σε αυτά. Τα κόκκινα ανθεκτικά βακτήρια παραμένουν, η θεραπεία με βακτηριοκτόνο λαμπτήρα είναι απαραίτητη
Συνδυάζοντας αυτοσυναρμολογούμενες πρωτεΐνες με οξείδιο γραφενίου υψηλής τεχνολογίας, οι επιστήμονες δημιούργησαν ένα υλικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως «βιομελάνη» για τρισδιάστατη εκτύπωση τεχνητών αγγείων. Οι σωληνοειδείς δομές που προκύπτουν έχουν πολλές από τις βιοχημικές και μηχανικές ιδιότητες του ζωντανού αγγειακού ιστού και είναι απολύτως συμβατές με τα ανθρώπινα κύτταρα.
Οι νανοκάψουλες από βιοσυμβατά υλικά χρησιμοποιούνται για στοχευμένη χορήγηση αντικαρκινικών φαρμάκων. Σε ένα μαγνητικό πεδίο, κατευθύνονται στον όγκο, παρακολουθώντας το επίπεδο φθορισμού και το άνοιγμα των καψουλών ελέγχεται με χρήση υπερήχων.
Εκτύπωση “κινούμενα”.
Η χρήση τρισδιάστατων εκτυπωτών για την παραγωγή έξυπνων υλικών ονομάζεται 4D εκτύπωση. Ο όρος επινοήθηκε από τον Skylar Tibbits , έναν επιστήμονα υπολογιστών στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης στις Ηνωμένες Πολιτείες . Μιλώντας σε ένα συνέδριο TED το 2013, είπε : “Εκτυπώνουμε τρισδιάστατα πράγματα που αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου: αναδιαμόρφωση, εξέλιξη, προσαρμογή, ελευθερία δράσης. Η τέταρτη διάσταση είναι ο χρόνος.”
Ένα από τα πρώτα έργα του Tibbit ήταν τα παπούτσια . Οι προγραμματιστές εκτύπωσαν ένα προ-υπολογισμένο σκίτσο με πολυμερές μελάνι σε ένα τεντωμένο υφασμάτινο ύφασμα. Μόλις αφαιρέθηκε από το πλαίσιο, η επίπεδη φιγούρα πήρε τρισδιάστατο σχήμα.
Έκτοτε , το εργαστήριο του Tibbitt έχει δημιουργήσει πολλά εκπληκτικά πράγματα από 4D υλικά – καθίσματα αυτοκινήτου και εσωτερικά αντικείμενα που αλλάζουν σχήμα και ακαμψία, υφάσματα που προσαρμόζονται στο σώμα και τις καιρικές συνθήκες, κτιριακές κατασκευές με προγραμματιζόμενες ιδιότητες και πολλά άλλα.
Όλα αυτά έγιναν δυνατά χάρη στην καινοτόμο τεχνολογία της γρήγορης υγρής εκτύπωσης, που αναπτύχθηκε από έναν επιστήμονα υπολογιστών και τους συνεργάτες του. Σε αντίθεση με έναν παραδοσιακό τρισδιάστατο εκτυπωτή που δημιουργεί αντικείμενα στρώμα προς στρώμα, ένα υγρό τρισδιάστατο αντικείμενο εκτυπώνεται στο σύνολό του ταυτόχρονα. Για να μην επηρεαστεί από τη βαρύτητα, κρεμιέται σε μια δεξαμενή γέλης. Ως υλικό λαμβάνονται πολυμερή, τα οποία σκληραίνουν υπό τη δράση του υπεριώδους φωτός.
Η πιο προηγμένη κατεύθυνση στην 4D εκτύπωση είναι η χρήση ζωντανών κυττάρων ως «μελάνη». Αυτό είναι κυριολεκτικά «κινούμενα» υλικά. Οι ρομποτικές δομές που δημιουργούνται από αυτές μπορούν να ονομαστούν εμπειρία αναπαραγωγής ζωής σε μοριακό επίπεδο.
………………………………………………………………………………
ΜΟΝΗ ΟΔΟΣ… ΜΟΝΟΔΡΟΜΟΣ ΕΙΝΑΙ Η ΑΦΥΠΝΙΣΙΣ ΤΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ ΚΑΙ Η ΑΘΡΟΑ ΠΡΟΣΕΛΕΥΣΙΣ ΤΟΥΣ ΚΑΙ ΕΙΣΟΔΟΣ ΤΟΥΣ ΩΣ ΜΕΛΗ ΣΤΟΝ ΜΟΝΑΔΙΚΟ ΕΘΝΙΚΟ ΦΟΡΕΑ ΠΟΥ ΕΚΠΡΟΣΩΠΕΙ ΤΟ ΕΘΝΟΣ ΤΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ !!!
ΙΔΡΥΤΙΚΗ ΔΙΑΚΗΡΥΞΗ ΤΟΥ ΕΘΝΙΚΟΥ ΦΟΡΕΑ “ΕΛΛΗΝΩΝ ΣΥΝΕΛΕΥΣΙΣ Ε.ΣΥ.”
……………………………………………………………………….
ΠΗΓΗ. ΑΛΦΕΙΟΣ ΠΟΤΑΜΟΣ
Δεν υπάρχουν σχόλια