Слушайте радио Русский Город!
Сеть
RussianTown
Перейти
в контакты
Карта
сайта
Русская реклама в Бостоне
Портал русскоговорящего Бостона
Русская реклама в Бостоне
Портал русскоговорящего Бостона
Главная О нас Публикации Знакомства Юмор Партнеры Контакты
Меню
Медиа

Этот изменчивый мир: как создаются «волшебные» материалы с программируемыми свойствами

Автор: Светлана Зернес

Год выхода фильма о терминаторе Т-1000, способном принимать любую форму и восстанавливать собственные повреждённые части, совпал с годом зарождения нового направления исследований – программируемые материалы. Именно тогда, в 1991 году, термин «программируемая материя» предложили Томмазо Тоффоли и Норман Марголус из Массачусетского технологического института, обозначив так мелкомодульные компоненты, взаимодействующие друг с другом в составе единой среды с целью изменения её свойств.

Одежда, зашивающая сама себя, шины, моментально затягивающие проколы, обои, меняющие окраску стен по желанию жильцов, реконфигурируемые автомобили... В основе всего этого могут быть материалы, способные изменять свои качества (структуру, плотность, оптические свойства) так, как это запрограммировано разработчиком. Программируемая материя очень многолика, как разнообразны и подходы к её получению, каждый из которых по-своему перспективен. Одна из форм самой «простой» программируемой материи – сложные жидкости с переключаемыми свойствами, – скажем, жидкие кристаллы, меняющие поляризацию света в зависимости от приложенного напряжения.

Самые заметные результаты получены на сегодняшний день в направлении самоперестраиваемой модульной робототехники. Имеются в виду отнюдь не машины-трансформеры, а совместно работающие микро- и наноразмерные модули, способные динамически менять форму, воспроизводить трехмерные образы практически любых твердых объектов. Наиболее оригинальное из течений в этой области, начатое в 2002 году в Университете Карнеги-Меллона Сетом Голдштейном и Тоддом Моури, получило название claytronics – клэйтроника (от clay – «глина»). Образно говоря, разработчики ищут материал, из которого, словно из глины, можно будет лепить всё, что угодно. Частичка такой материи, а точнее, крошечный управляемый робот, носит имя «катом» (клэйтронный атом) и имеет цилиндрическую форму. Каждый катом движется независимо под управлением электроники, взаимодействуя при этом с соседними под воздействием электромагнитов посредством электростатического заряда. Теперь необходимо научиться программировать эту толпу, которая должна не просто уметь передвигаться, но и принимать любую желаемую форму, изменяя свойства изделия. Именно программный компонент в данном случае представляет собой серьёзную проблему, ведь придется формировать заряд на каждом катоме таким образом, чтобы все они не только сложились в нужный объект (притом, пригодный к использованию), но ещё и могли перестраиваться в другой по требованию. Смена цвета может быть обеспечена управлением крохотными светодиодами, покрывающими поверхность каждого катома.

Материал, созданный Мануэлем Идальго из французской компании Arkema совместно с учёными парижской Высшей школы промышленной физики и химии, похож на обычную резину, но растягивается невероятным образом, увеличивая свои размеры пятикратно, а главное, обладает эффектом самовосстановления. Вмятины и царапины на этом материале исчезают без следа, а разрезанные куски, словно под руками фокусника, соединяются друг с другом. Это происходит благодаря тому, что между частицами на поврежденных краях сохраняется достаточно сильное притяжение. В основе такого восстановления лежит процесс самоорганизации или самосборки, который довольно распространен в природе, а также свойственен ряду полимеров.

Такие материалы называют также самозалечивающимися: заживляющий агент в их составе (неотверждённый полимер) заключён в микрокапсулы и равномерно распределён; при повреждении эти микроконтейнеры разрываются и высвобождают залечивающий агент, который проникает в зону повреждения, полимеризуется и «заживляет» повреждённую область.

Внедряя в структуру одного материала микровключения из других, можно получать довольно точно рассчитанную деформацию получившегося продукта как результат реакции на температуру, свет или влагу. Именно так в Self-Assembly Lab Массачусетского технологического института, возглавляемой Скайлером Тиббитсом, получено углеродное волокно, которое может менять форму заданным образом благодаря управляемому процессу деформации. Таким путём сделать «программируемой» возможно даже древесину; традиционно техника деформации материалов из древесных волокон предполагает трудоёмкие работы с паровым оборудованием, но новый древесный композит может менять форму с помощью особых связующих и контролируемого воздействия в нужных направлениях.

Трансформирующиеся пластики, волокнистые и композитные материалы создаются из обычных, настолько «приземлённых» компонентов, что это невольно уводит от восприятия их как программируемой материи; но, тем не менее, их новые свойства говорят о том, что мы имеем дело именно с ней, хотя и в самом начале её развития.

Возможности самовосстанавливающихся материалов чрезвычайно привлекают военных. Программируемая материя, став, к примеру, обшивкой самолёта или танковой бронёй, сможет принимать маскировочную окраску под окружающую обстановку, да ещё и дистанционно посылать сигналы о своих повреждениях. В космосе, в море, в гражданской авиации – в любых экстремальных условиях такое изобретение найдёт своё применение.

Наверное, несколько странноватым будет выглядеть мир, где предметы меняют форму и цвет, перестраиваются, почти не изнашиваются. Владея программируемой материей, можно превратить свое жилище в настоящую крепость, которая и дверей-то не имеет, точнее, их роль выполняют стены из программируемых материалов. Исключительно по сигналу хозяина стена «растворится», образуя дверной проем, а потом восстановится.

Архитектура изменилась бы до неузнаваемости. Равно как и мебель, и предметы повседневного использования. Подошёл к компьютеру и перепрограммировал стол в диван – подобные действия станут совершенно обыденными. Тут можно пофантазировать: всего один кусок программируемой материи – и в ваших руках целый ассортимент всевозможных товаров: одежды, обуви, посуды, игрушек. Носить вещи можно будет буквально вечно или, по крайней мере, пока не исчерпается лимит самозашивания и анти-истирания. А если захочется чего-то новенького, перепрограммируете платье в брюки, меняя параметры с помощью компьютера. Да просто сможете регулировать толщину и вентилируемость одежды, чтобы не замёрзнуть при неожиданном похолодании.

Необходимо, чтобы программируемые материалы не уступали по свойствам традиционным, были нетоксичными и экологически безопасными. И в конце концов, неограниченные возможности вещей должны всё-таки привести к осознанию того, что это всего-навсего вещи.