Új Szó, 2003. január (56. évfolyam, 1-25. szám)
2003-01-27 / 21. szám, hétfő
ÚJ SZÓ 2003. JANUÁR 27. Mindentudás egyeteme Előrelépés a gyógyításban, gépgyártásban, robottechnikában - kutatásuk az Európai Unióban is kiemelt program - a polimergél műszívre még várni kell Az „intelligens anyagok” ígérete Az „intelligens anyag” elnevezés az anyagtudomány olyan új kutatásaiból származik, amelyek az anyag és közvetlen környezete közötti aktív kapcsolatot igyekeznek feltárni és kiaknázni. Elsődleges célja olyan szintetikus anyagok tervezése, amelyek előnyösen reagálnak a környezeti hatásokra - világította meg titokzatos tudományterületét Zrínyi Miklós kémikus-professzor, a Mindentudás Egyeteme 2. szemeszterének első előadója. Speciális kutatási témájának ma már több saját szakfolyóirata van, és évente rendeznek róla rangos nemzetközi konferenciákat. ZRÍNYI MIKLÓS ELŐADÁSA A kémia és a társtudományok szédítő fejlődése, a kémiai szerkezet és a tulajdonságok közötti kapcsolat felismerése ma már lehetővé teszi adott célra tudatosan tervezett anyagok előállítását. A modern szerkezeti anyagok, más néven első generációs szintetikus anyagok egyik jellemzője, hogy környezetükkel passzív módon érintkeznek, s annál jobbak, minél hosz- szabb ideig őrzik meg változatlan formában alakjukat és tulajdonságaikat, mint például a speciális fémek, kerámiák, műanyagok és ezek kombinációi. A funkcionális, vagy második generációs anyagoknál már nem a legelőnyösebb mechanikai tulajdonságok elérése a fő cél, hanem a különböző anyagokat jellemző egyedi, főként fizikai tulajdonságok összekapcsolása egyetlen anyagban. A szilícium például a fényerősség változását feszültséggé alaídtja át, s ezzel az optikai és az elektromos tulajdonságok között teremt kapcsolatot. Intelligens anyagoknak viszont azokat a funkcionális anyagokat nevezzük, amelyek érzékelik közvetlen környezetük fizikai vagy kémiai állapotának jellemzőit, e jeleket feldolgozzák, majd ezekre, állapotuk jelentős megváltoztatásával, gyors és egyértelmű választ adnak. Intelligens anyagok esetében a környezet kis változására igen nagyfokú tulajdonságváltozás következik be, vagyis a válasz mértéke jóval nagyobb az inger nagyságánál. További ismérvük a gyors reakcióidő és a megfordíthatóság: a változást kiváltó hatás megszűntével az ilyen anyagok eredeti állapota helyreáll. Vannak olyan „intelligens” anyagok, amelyek a természetes környezet változásaira (hőmérséklet, kémiai környezet, mechanikai hatás, fény) reagálnak, s vannak olyanok is, amelyek a változásukhoz szükséges információt a számítógépből elektronikus jel formájában kapják. Szabályozástechnikai szempontból az elektromos és/vagy a mágneses tér alkalmazása a legkézenfekvőbb, ezek a terek ugyanis számítógéppel vezérelt elektronikával pillanatsze- rűen kelthetők, változtathatók és megszüntethetők. Intelligens kemény és lágy anyagok Anyagaink vagy kemények, vagy lágyak: a kemények, mint például a fémek, kerámiák és polimerek széles határok között ellenállnak a nyomásnak és más mechanikai hatásoknak. A lágyakat pedig a mechanikai hatásokkal szemben kis tehetetlenség jellemzi, így ezek folyékonyak vagy képlékenyek. Az alakmemóriával rendelkező kemény anyagok alkotják az intelligens anyagok egyik nagy, önálló csoportját, amelybe az emlékező fémek és műanyagok tartoznak. Ha az emlékező fém formáját egy kritikus hőmérséklet felett hozzuk létre, akkor a fém erre az alakra a kritikus hőmérséklet alatt bekövetkező maradandó alakváltozás után is emlékszik. Ha alacsony hőmérsékleten valamilyen mechanikai hatás miatt a fémtárgy alakja megváltozik is, a kritikusnál magasabb hőmérsékletre hevítve visszanyeri eredetileg kialakított formáját. Az emlékező anyagok megjelenése új lehetőségekkel gyarapíthatja a modern technikát. Az orvosi gyakorlatban például eredményesen alkalmazzák őket elzáródott erek újbóli megnyitásakor. A kritikus hőmérsékletet éppen az emberi test hőmérsékletére állítják be, majd a fémet vagy műanyagot melegen spirál alakúra hajtják össze. Ezt követően az így nyert rugót lehűtik, aztán egyenesre nyújtják. Betolják az érbe, majd a testmeleg hatására az egyenes szál ismét spirállá ugrik össze, így tágítja az eret és megakadályozza azt, hogy az esetleges vérrögöket a véráram magával ragadja. A lágy anyagok közé sorolhatjuk a folyadékokat, a rugalmas műanyagokat, biológiai anyagaink nagy többségét, valamint a szüárd és a folyadék halmazállapot között elhelyezkedő nagy folyadéktartalmú géleket. Az intelligens folyadékok két nagy csoportját a mágneses és az elektroreológiai folyadékok alkotják. (A reológia a folyási tulajdonságok tudománya. Az elektroreológiai folyadék olyan anyag, amelynek folyási tulajdonságai elektromos térrel változtathatók.) Ezek a folyadékok egyenletesen eloszlatott mikro- vagy nanoméretű szilárd részecskéket tartalmaznak. Mivel ezek a parányi részecskék nagymértékben kötődnek a folyadékmolekulákhoz, a részecskék elmozdulása a teljes folyadék elmozdulását jelenti. A folyadék mozgását és adott helyen tartását irányítani lehet a külső mágneses, illetve elektromos térrel. Ezt ki lehet használni a kenéstechnikában: az olajos közegű mágneses folyadék kiváló kenőanyag, mivel nem folyik ki a felmágnesezett mozgó fém alkatrészek között lévő szélesebb résekből sem. Az elektroreológiai folyadékból olyan erőátviteli rendszer készíthető, amely kihasználja azt, hogy a folyadék elektromos tér hatására megszilárdul. A fékező hatás nagysága és időtartama megfelelő elektronikával szabályozható, s így például szabályozható fékezőerőt biztosító lengéscsillapító hozható létre. A mágneses és elektroreológiai folyadékok a jövőben kiszoríthatják a hagyományos kuplungokat, lengéscsillapítókat és más erőátviteli rendszereket. Intelligens polimergélek a gyógyászatban A polimergélek átmenetet képeznek a szilárd és a folyadék halmaz- állapot között. Alaktartók és köny- nyen deformálhatok, a környezeti Fontos tudnivalók a Mindentudás Egyeteméről A Mindentudás Egyeteme 2002. szeptember 16-án indult el a nagy sikert aratott francia L’Universite de tous les savoirs program mintájára. A másfél évig tartó sorozat keretében 53 magyar tudós előadását hallgathatjuk meg, heti rendszerességgel. A programsorozat megkísérli felölelni valamennyi tudományterület leginkább aktuális témaköreit, legfrissebb eredményeit, így alkalmas a régóta hiányolt magas színvonalú, közérthető ismeretterjesztés felélesztésére, és segítheti a felsőfokú képzésre jelentkezők felkészülését is. A vállalkozás eredményességét jelzi a szakmai és közönségsiker, amely a kezdeményezést övezi: az első szemeszterben megtartott 15 előadásra több mint 9000 ember látogatott el, akik között egyként találkozhattunk diákokkal és tanárokkal, virágkötővel, orvos ezredessel, jógaoktatóval, állomásfőnökkel vagy éppen ismert művészekkel. A Mindentudás Egyeteme sajtófogadtatása egyedülálló a magyar médiatörténetben: az előadásokkal rendszeresen foglalkozik tucatnyi médium belföldön és a határon túl, így a sorozat első száz napján összesen közel 400 publikációt hívott létre egyöntetűen pozitív értékelésekkel. Minden közszolgálati és kereskedelmi televízió szervezett már stúdióbeszélgetést a sorozatról, de hetente sugároz előadói interjúkat több rádió is. Beharangozókat ad, illetve az előadások szerkesztett változatát közli több országos napilap, nagy példányszámú hetilap, havilap, számos egyetemi folyóirat is - fővárosi, regionális és az országhatáron túli magyar fórumok Marosvásárhelytől Szabadkáig. A nagyon kiterjedt rendszeres közlési szerkezeten túl kapcsolódó intetjük, beszámolók és értékelések jelentek meg a legváltozatosabb lapok hasábjain. Az egyes témák iránt mélyebben érdeklődők a Mindentudás Egyeteme weboldalán ( www.mindentudas.hu ,) elolvashatják az előadások részletes szövegét és megnézhetik a bemutatott illusztrációkat. A site új arculata január 20-án mutatkozott be: a színesebb, elevenebb, „por- tálosabb”, hírrovattal és könyvajánlóval bővülő felületen még inkább érvényesülhet a Mindentudás Egyetemét jellemző interaktivitás. Az online teszteket sikeresen kitöltő „hallgatók” a szemeszterek végén „bizonyítványt”, három félév után pedig „diplomát” kapnak. Az első félévben 907 hallgató töltötte ki mind a 15 tesztet, 100%-os eredményt 650en értek el. A hibátlanul teljesítők Mindentudás Egyeteme-bögrét nyertek, közülük öten pedig sorsolás eredményeképpen egyéves ADSL-előfizetéseket vehettek át. A honlap óriási népszerűségnek örvend: a sorozat indulása óta több mint 700 ezer látogatót regisztrált, akik több mint 3,5 millió oldalnyi „tudást” töltöttek le saját okulásukra. Január 20-án, a második szemeszter nyitóelőadásán Zrínyi Miklós a XXI. század anyagait, az intelligens anyagokat mutatta be, amelyek a számítógéptől kapott információt megértik, majd tulajdonságaikat ennek megfelelően változtatják. A második félév előadásai tematikus csoportokban követik egymást. Ma este Bencze Gyula következik, aki igyekszik eloszlatni a nukleáris energiával kapcsolatos félelmeinket. Február 3-án Somlyódy László a vízről, február 10-én Bor Zsolt „A mindentudó fénysugáréról, a lézerről beszél. Ezután több előadás is az Európai Unió kérdéseihez kapcsolódik: elsőként Vékás Lajost hallgathatjuk a jogalkotás gyakorlatáról és elméletéről február 17-én, egy héttel később pedig Horn Péter vizsgálja meg az agrárgazdaság problémáit - EU- kitekintéssel. Nem maradnak el az integrációra, a közös történelemre és a nemzet fogalmára koncentráló előadások sem. A tavaszi szemeszter további részében az élő természet, a gyógyítás, äz időjárás témái éppúgy terítékre kerülnek, mint a teológia vagy a művészettudomány meghatározó kérdései. A félév utolsó előadója Lovász László lesz június 30-án, aki a matematikai szimbólumok világába nyújt majd betekintést. Az előadásokat élőben hétfőnként 19.30-kor a Budapesti Műszaki és Közgazdasági Egyetem Kozma Lászlóról elnevezett (korábban B 28-as) előadójában lehet meghallgatni, rövidített változatukat elolvashatják a Népszabadságban, a Magyar Hírlapban és a Magyar Nemzetben, de figyelemmel kísérhetik az mtv, az m2 és a Duna Televízió műsorán is, és meghallgathatják a Petőfi Rádióban. M&H Communications paraméterek (hőmérséklet, elegy összetétel, pH) változására főként térfogatuk megváltoztatásával válaszolnak. Ez a térfogatváltozás, amelynek nagysága több százszoros is lehet, alkalmas mechanikai munkavégzésre, valamint különleges alakváltozások és mozgások megvalósítására. E tulajdonságok miatt a polimergélek különleges helyet foglalnak el az intelligens anyagok között. Nincs ugyanis még egy olyan anyagi rendszer, amely olyan sokféle környezeti hatásra reagálna, mint a polimergél. A gél „összeomlása” vagy ennek ellentéte, a nagymérvű duzzadás, az említett környezeti paraméterek kismérvű változtatásával is előidézhető. A válasz során nemcsak a gél térfogata, hanem az ettől függő összes tulajdonsága is hirtelen megváltozik: jelentős mértékben módosulnak az optikai, mechanikai és átviteli tulajdonságok, ez pedig kitűnően felhasználható a korszerű gyógyszeres terápiában. Nem elég ugyanis olyan molekulát találni, amely gyógyító hatású. Azt még el is kell juttatni a megfelelő helyre, továbbá folyamatosan biztosítani kell a hatóanyag optimális koncentrációját a gyógyulási folyamat során. Közismert, hogy a méregdrága gyógyszerhatóanyagoknak csak egy igen kis hányada jut el oda, ahol hatnia kell, nagyobb mennyisége kárba vész vagy nem- kívánatos változásokat okoz, ezért a hagyományos módszer rendkívül pazarló. E probléma megoldásához új gyógyszer-hordozók előállítására van szükség. Képzeljük el, hogy a hatóanyagot kisméretű gél gömbökbe „csomagoljuk”, azaz a polimeroldatot a hatóanyag jelenlétében gélesítjük. A gélesítés a polimer láncok összekapcsolását jelenti kémiai kötésekkel. A térháló- sítás megfelelő megválasztásával olyan gélszerkezet hozható létre, amelynél a hatóanyag molekuláinak mérete jóval nagyobb, mint a hálóláncok közötti átlagos távolság. Ebben az esetben a hatóanyag 1 N HIDAS H ! MIZRÍNYI MIKLÓS kémikus a kémiai tudományok doktora, a BME egyetemi tanára Jákón született 1949-ben. Egyetemi tanulmányait az ELTE TTK vegyész szakán végezte. Kutatásait az ELTE Kolloidtechnológiai Tanszékén kezdte, 1992 óta a BME Fizikai Kémiai Tanszékének vezető kutatója, 1994- től tanszékvezető egyetemi tanára. Kutatási területe az intelligens anyagok előállítása és tulajdonságainak vizsgálata, polimergélek mechanikai, termodinamikai és orvosbiológiai tulajdonságainak tanulmányozása, mintázatképződések vizsgálata gélekben. Szakterületének nemzetközileg is kiemelten elismert művelője. Egy könyv, hat könyvfejezet és több mint 140 tudományos közlemény szerzője, illetve társszerzője. nem képes a gélből kioldódni. Ha azután a gélgömbök térfogatát a hőmérséklet kismérvű megváltoztatásával jelentősen megnöveljük, azaz külső hatással duzzadást idézünk elő, akkor a térfogatváltozással arányos módon növekszik a hálóláncok közötti távolság, aminek következtében a gélbe zárt hatóanyag kioldódásának már nincsenek geometriai akadályai. Ha a hatóanyagot tartalmazó gélgömbökbe nanométeres méretű mágneses anyagot építünk be, akkor lehetővé tesszük a gélgömbök külső mágneses térrel irányított mozgatását, illetve a célterületen tartását. Mesterséges izom, miiszív szintetikus lágy anyagokból? Az élő szervezetben sokféle energiafelhasználással járó folyamat játszódik le. Ezek közül talán a legjelentősebbek az izomban végbemenő, mechanikai energiát eredményező folyamatok. Az izom feladatát olyan makromolekulák végzik, amelyeknek alapvető tulajdonsága az összehúzódásra való képesség. Készíthető-e szintetikus izom? Le- het-e lágy anyagból hasznos technikai-technológiai eszközöket készíteni? E kérdések tekintetében a japán, angol, olasz és amerikai szakemberek optimisták: elképzelhetőnek tartják, hogy már a közeljövőben pótolható az emberi izom. Lágy, hangtalan motorok és pumkel megvalósított energiatermelés és -hasznosítás technikai alkalmazásai iránti. Lágy mozgatószerkezetek, különböző típusú emelők és vezérlések kifejlesztése kezdődött el. A kutató-fejlesztő munkát már ebben az időben nagymértékben befolyásolta a gélszerkezetek „üzemanyagának”, a savaknak, lúgoknak és sóknak környezetkárosító hatása, valamint a humán alkalmazások számára reménytelennek tűnő felhasználása. Szabályozástechnikai szempontból a számítógéppel vezérelhető hatások rendkívül előnyösek a mesterséges izmok alkalmazásánál. Az elektromos térrel előidézett deformációk gyorsak, jól szabályozhatók, és igen sokféle komplex mozgás megvalósítására alkalmasak. Ezért az utóbbi évek kutatásainak súlypontja átkerült az elektromos hatásokkal aktiválható anyagok kifejlesztésére. Az elektromos hatásokkal mozgatható rugalmas anyagok különleges csoportját jelentik a mágneses gélek és elasztomerek. Ezek mechanikai állapota elektromágnesek által keltett mágneses térrel befolyásolható. Jól megválasztott mágneses tér segítségével nyújthatók, hajlíthatok, forgathatók és összehúzhatok. Az alakváltozás jelentős mértékű és igen gyors, így az elemi mozgások mindegyike könnyedén megvalósítható. Elektromágnesek megfelelő elrendezésével megvalósítható olyan eset is, amikör a gél egyik részét nyújtjuk, a mellette léA GÉLMOTOR LGYETEMF.I kollagén szál húzóerő / pák (mint például a műszív) kifejlesztése már több laboratóriumban folyik nagy intenzitással. Ezeknek a titokban tartott kutatásoknak az eredményeiről meglehetősen keveset tudunk. A polimergélek környezeti hatásokra akkor is jelentős mértékben megváltoztatják a térfogatukat, ha a gélt terhelésnek vetjük alá, azaz a duzzadó gél felszínére súlyt helyezünk vagy az összehúzódó géllel tömeget mozdítunk el. Ha pedig a környezeti hatás kémiai természetű, akkor az energia hasznosításának az izomra jellemző módja valósul meg. A 60-as évek elején a kutatók egyre inkább érdeklődni kezdtek a gélekvőt pedig összenyomjuk. Ez lehetővé teszi bonyolult biológiai mozgások utánzását, s ezáltal olyan új típusú gélgépek konstruálását, amelyek nem tartalmaznak súrlódásnak kitett alkatrészeket. Ez pedig tág lehetőséget nyújt a lágy robottechnika vagy lágy műszaki szerkezetek (például lágy és nedves dugattyúk, hengerek és szelepek) ki- fejlesztésére. S hogy mindezek az „intelligens anyagok” valóban a jövő anyagai lesznek-e, az már főként az emberi intelligencián múlik. Készítette az M&H Communications szabad felhasználásra, a szerzői jogok korlátozása nélkül.
