Materiał przyszłości – polimery magnetyczne
Magnesy towarzyszą nam niemal na każdym kroku. Możemy je znaleźć między innymi w drzwiach naszych lodówek, ale także w słuchawkach. Magnesy te są jednak zazwyczaj wykonane z twardych, nieelastycznych metali, których nie da się dowolnie kształtować. „Ten brak elastyczności ogranicza możliwość ich zastosowania w niektórych dziedzinach”, wyjaśnia Kostas Danas, koordynator projektu i starszy pracownik naukowy Francuskiego Narodowe Centrum Badań Naukowych (CNRS) oraz profesor nadzwyczajny École Polytechnique. „Przykładem mogą być urządzenia medyczne przeznaczone do badań, które mogłyby wykorzystywać właściwości magnetyczne, muszą być bardzo elastyczne, by móc swobodnie przemieszczać się po wąskich naczyniach znajdujących się w naszych ciałach”.
Nowa klasa materiałów
Biorąc pod uwagę powyższy przykład, marzeniem wydają się materiały magnetyczne na tyle miękkie i elastyczne, by można było kształtować je w złożone bryły geometryczne. Ich opracowaniem zajął się zespół projektu MAGNETO, finansowanego ze środków Europejskiej Rady ds. Badań naukowych (ERBN). Aby zrealizować to założenie, naukowcy rozdrobnili materiały magnetyczne na proszek, a następnie zmieszane z różnymi polimerami. Pomysł wykorzystany przez badaczy opierał się na założeniu, że dzięki temu będą w stanie wytworzyć miękkie materiały o właściwościach magnetycznych. Do sukcesu projektu MAGNETO i prawdziwego przełomu przyczynił się w wydatnym stopniu rozwój innych technologii – popularyzacja zaawansowanego druku 3D umożliwiła Danasowi i jego zespołowi podjęcie próby stworzenia znacznie bardziej złożonych kształtów geometrycznych. Pierwsze prototypy utorowały drogę do całej gamy potencjalnych nowych rozwiązań, od narzędzi diagnostycznych po ekrany dotykowe. Dzięki temu projekt MAGNETO przyczynił się do rozwoju nowej klasy materiałów, które nie istniały jeszcze w latach 80. XX wieku. „Nie jesteśmy pierwszymi naukowcami, którzy podjęli próbę opracowania takiego rozwiązania”, zauważa Danas. „Już w latach 90. badacze podejmowali pierwsze próby badań nad materiałami tego typu, jednak ze względu na brak sukcesów w opracowywaniu gotowych rozwiązań, badania zostały wstrzymane”.
Różnorodne zastosowania
Zespół projektu MAGNETO dokonał w tym wypadku przełomu, choć same materiały są na razie zbyt nowatorskie, by były dostępne na rynku – konieczne jest przeprowadzenie dalszych badań i prac rozwojowych. Mimo to Danas dostrzega ogromny potencjał tej technologii, zwłaszcza w kontekście branży biomedycznej. „Nasze materiały mogą zostać wykorzystane do produkcji urządzeń biomedycznych, takich jak cewniki czy systemy dostarczania leków”, wyjaśnia. „Dzięki temu, że są tak cienkie i elastyczne, można je wprowadzić do naczynia krwionośnego, a następnie kontrolować przy pomocy magnesu z zewnątrz”. Kolejnym obszarem zastosowania nowego rozwiązania może być dostarczanie leków – nowe materiały mogą posłużyć jako magnetyczne nośniki leków dokładnie do miejsca, w którym są potrzebne, dzięki kontroli z zewnątrz przy pomocy nieszkodliwych pól magnetycznych. Inne zastosowania mogą obejmować urządzenia dotykowe lub haptyczne przeznaczone dla osób niewidomych. Dzięki nowym materiałom płaskie ekrany mogłyby unosić się po dotknięciu, oferując użytkownikowi opcje do wyboru bez potrzeby patrzenia na ekran. Wszystko to jest możliwe do realizacji dzięki magnetycznym materiałom polimerowym. „Obecnie wykorzystujemy technologię druku 3D w celu wytwarzania materiałów przeznaczonych do tych zastosowań”, dodaje Danas. W najbliższym czasie koordynator zamierza skupić się na opracowywaniu coraz bardziej złożonych geometrii oraz doskonaleniu druku 3D z wykorzystaniem takich materiałów. „Udało nam się dokonać olbrzymich postępów, jednak nie czas spoczywać na laurach”, uważa badacz. „Drukowanie 3D materiałów magnetoelastycznych nadal pozostaje wyzwaniem, a kontrolowanie tego procesu nastręcza wielu trudności. Wciąż musimy rozwiązać te problemy”. Pomimo istniejących wyzwań, projekt stanowi ważny kamień milowy w rozwoju tej nowoczesnej technologii. „Nasze wyniki pokazują, jak wielkie korzyści płyną z finansowania badań podstawowych”, twierdzi badacz. „Grant ERBN pozwolił nam podjąć ryzyko i skupić się na badaniach, choć nie wiedzieliśmy, czy przyniosą jakiekolwiek rezultaty”.
Słowa kluczowe
MAGNETO, magnesy, medyczne, polimery, geometryczne, druk 3D, haptyczne