Τα υλικά του αύριο: Έρευνα με ελληνική υπογραφή στο Queen Mary University of London
- Νανοϋλικά και βιώσιμη τεχνολογία
- 1. Ρεύμα από τον αέρα
- 2. Βρώσιμα ηλεκτρονικά υλικά
- 3. Βιοδιασπώμενοι αισθητήρες από νανοσύνθετα αμύλου
- 4. Νέα υφάσματα από υπολείμματα μπύρας
Κάθε μεγάλη τεχνολογική επανάσταση κρύβει πίσω της ένα νέο υλικό. Ο χαλκός, ο χάλυβας, το πυρίτιο, τα πολυμερή. Σήμερα τα υλικά που σχεδιάζονται στο εργαστήριο δεν είναι απλώς πιο ισχυρά ή πιο ελαφριά. Είναι έξυπνα, είναι βιώσιμα, και πολλές φορές εμπνευσμένα από την ίδια τη φύση.
Ο Δημήτριος Παπαγεωργίου είναι Αναπληρωτής Καθηγητής στη Σχολή Μηχανικής και Επιστήμης Υλικών του Queen Mary University of London, όπου διευθύνει την έρευνα του Κέντρου για τη Βιώσιμη Μηχανική.
Νανοϋλικά και βιώσιμη τεχνολογία
Στην καρδιά του εργαστηρίου βρίσκονται τα νανοϋλικά. Το γραφένιο, τα MXenes, οι νανοσωλήνες άνθρακα. Υλικά απίστευτα μικρά, τόσο λεπτά που δίπλα τους μια ανθρώπινη τρίχα μοιάζει με χοντρό σχοινί, με εξαιρετικές ιδιότητες, που ενσωματώνονται σε πολυμερή για να δημιουργηθούν νανοσύνθετα υλικά με εντελώς νέες λειτουργίες.
Η έρευνα κινείται σε μερικά από τα πιο συναρπαστικά μέτωπα της επιστήμης των υλικών, με δημοσιευμένο έργο και αποδεδειγμένη πορεία σε καθένα από αυτά:
- Σχεδιασμός ηλεκτρονικών συσκευών και έξυπνων αισθητήρων που μπορούν να φορεθούν και γίνονται προέκταση του ίδιου του σώματος.
- Ανάπτυξη βιοδιασπώμενων και βρώσιμων υλικών που εκτελούν τη λειτουργία τους και ύστερα επιστρέφουν αθόρυβα στη φύση, χωρίς να αφήνουν ηλεκτρονικά απόβλητα.
- Παραγωγή καθαρής ενέργειας από το ίδιο το περιβάλλον.
- Αξιοποίηση δισδιάστατων υλικών για μια νέα γενιά ηλεκτρονικών εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, που μπορούν να τροφοδοτήσουν την τεχνητή νοημοσύνη της εποχής μας με πολύ μικρότερο ενεργειακό αποτύπωμα.
- Στροφή στην ίδια τη φύση με την ανάπτυξη φυσικών βιοπολυμερών και υλικών από απόβλητα, όπως νανοΐνες που ανακτώνται από τα υπολείμματα της ζυθοποιίας, για τη δημιουργία μη υφασμένων υφασμάτων, την αντικατάσταση ρυπογόνων πλαστικών και την αποανθρακοποίηση της βιομηχανίας.
Η βιωσιμότητα είναι ο κοινός παρονομαστής. Η επιστήμη των υλικών αποτελεί ένα από τα ισχυρότερα εργαλεία για την αντιμετώπιση της κλιματικής κρίσης, ενώ η μετάδοση αυτής της γνώσης στους νέους επιστήμονες της ομάδας είναι εξίσου σημαντική με την ίδια την έρευνα.
1. Ρεύμα από τον αέρα
Η υγρασία είναι συνήθως ο εχθρός των ηλεκτρονικών, αλλά εδώ μετατράπηκε σε πηγή ενέργειας. Με απλά, μη τοξικά υλικά της κουζίνας όπως η ζελατίνη, το αλάτι και ο ενεργός άνθρακας, δημιουργήθηκε μια μικροσκοπική γεννήτρια που παράγει ηλεκτρισμό απορροφώντας υδρατμούς από την ατμόσφαιρα ή ακόμη και από το δέρμα.
Καθώς το υλικό στεγνώνει, οργανώνεται μόνο του σε τρεις στρώσεις, και αυτή η δομή επιτρέπει στα ιόντα να κινούνται και να παράγουν ρεύμα. Δίνει σταθερή τάση περίπου ενός βολτ ανά μονάδα για περισσότερες από τριάντα ημέρες, ανοίγοντας τον δρόμο για φορετά ηλεκτρονικά που τροφοδοτούνται χωρίς μπαταρίες και χωρίς ηλεκτρονικά απόβλητα.
2. Βρώσιμα ηλεκτρονικά υλικά
Τι θα γινόταν αν ένας αισθητήρας μπορούσε να φαγωθεί με ασφάλεια, όπως μια μπουκιά φαγητού; Η ερευνητική ομάδα έφτιαξε έναν λεπτό, βρώσιμο και ανακυκλώσιμο αισθητήρα από δύο μόνο απλά και ασφαλή υλικά, τη ζελατίνη και τον ενεργό άνθρακα.
Καθώς στεγνώνει, το υλικό παρουσιάζει μια δισδιάστατη μονωτική και αγώγιμη αρχιτεκτονική, αποκτώντας αξιοσημείωτη αντοχή, συγκρίσιμη με αυτή συμβατικών πλαστικών. Μπορεί να παρακολουθεί ταυτόχρονα τρία πράγματα: την κίνηση, την υγρασία και τη θερμοκρασία. Ανοίγει τον δρόμο για αισθητήρες υγείας που χωνεύονται μετά τη χρήση τους, και για έξυπνες συσκευασίες που ενημερώνουν με ακρίβεια αν ένα τρόφιμο είναι ακόμη φρέσκο.
3. Βιοδιασπώμενοι αισθητήρες από νανοσύνθετα αμύλου
Το άμυλο, ένα από τα πιο κοινά συστατικά της φύσης που βρίσκεται στην πατάτα και στο καλαμπόκι, συνδυάστηκε με ένα προηγμένο δισδιάστατο υλικό (MXenes). Με μια απλή, κλιμακώσιμη μέθοδο, με νερό ως μοναδικό διαλύτη, δημιουργήθηκε ένα λεπτό, εύκαμπτο φιλμ που άγει τον ηλεκτρισμό και λειτουργεί ως εξαιρετικά ευαίσθητος αισθητήρας. Αρκεί μια ελάχιστη ποσότητα από το δισδιάστατο υλικό, κάτω από ένα τοις εκατό, για να γίνει το φιλμ αγώγιμο.
Κολλημένο στο σώμα, παρακολουθεί κινήσεις, από το λύγισμα ενός δαχτύλου μέχρι τον παλμό στον καρπό, αλλά και την αναπνοή ή την υγρασία που αφήνει η ομιλία. Αναγνωρίζει ακόμη και γράμματα ή σήματα Μορς που γράφει κανείς πάνω του.
Και όταν συνδυάστηκε με τεχνητή νοημοσύνη, ένας μόνο αισθητήρας ξεχώρισε διαφορετικά μοτίβα αναπνοής και αναγνώρισε προφορικές λέξεις με ακρίβεια 97%. Επίσης, ανιχνεύει το χέρι από απόσταση, χωρίς καμία επαφή, διαβάζοντας απλώς την υγρασία του δέρματος.
Το πιο σημαντικό έρχεται στο τέλος της ζωής του: το υλικό είναι βιοσυμβατό, και θαμμένο στο χώμα διασπάται μέσα σε έναν μήνα, χωρίς να αφήνει πίσω του ηλεκτρονικά απόβλητα. Αισθητήρες που κάνουν έξυπνα τη δουλειά τους και ύστερα επιστρέφουν αθόρυβα στη φύση.
4. Νέα υφάσματα από υπολείμματα μπύρας
Η βιομηχανία της ζυθοποιίας αφήνει πίσω της τεράστιες ποσότητες υπολειμμάτων. Μέσα από αυτά ανακτώνται φυσικές πρωτεϊνικές ίνες που αξιοποιούνται για τη δημιουργία βιώσιμων υλικών, όπως μη υφασμένα υφάσματα, μετατρέποντας ένα απόβλητο σε χρήσιμο προϊόν.
Πρόκειται για μια χαρακτηριστική εικόνα της φιλοσοφίας της ομάδας: άντληση από τη φύση και επιστροφή αυτού που δανείζεται, με ταυτόχρονη μείωση του αποτυπώματος της βιομηχανίας.
- Ρεπόρτερ του ΣΚΑΪ αντάλλαξε social media με ταξιδιώτισσες στο λιμάνι του Πειραιά: «Λευτέρης στα λατινικά» (vid)
- Δραματική κατάσταση στην Κολομβία μετά τον φονικό σεισμό των 7,4 ρίχτερ: Πάνω από 130 οι νεκροί (vid)
- Το κόλπο με αλουμινόχαρτο στα συρτάρια της κουζίνας: Γιατί πρέπει να το κάνετε και σε τι χρησιμεύει
