Kov s pamětí
28. 3. 2009
Lidský mozek má skvělou vlastnost – paměť. Paměť je klíčem k našemu přežití – díky ní si pamatujeme, kde bydlíme, jak vypadají naši přátelé i protivníci. Ale věděli jste, že i kus kovu může mít svou paměť? K uchování informací skutečně nemusíte mít mozek – některé kovy si mohou zapamatovat svůj tvar a orientaci – a Michael, pokud to nezapomene, vysvětlí, jak to všechno funguje.
Tereza: Zadejte PIN. 3-5-8? Zase mi změnili PIN. Kdo si má pořád pamatovat? 3-5-8. Už jsem si vzpomněla. …Tak. Enter.
Michael: Určitě jsem to tady nechal někde. Před měsícem. To si pamatuju. Aha, je to ještě tady. Přesně, jak jsem to pamatoval.
Tereza: Paměť. Schopnost uskladnit, uschovat informace a následně je znovu vyvolat. Kde bychom bez ní byli? Jak bychom si pamatovali všechna ta telefonní čísla, jména kamarádů, PINy, ulici, kde bydlíme, kudy se dostat domů, kam jsme něco položili … Mimochodem – co je tohle vlastně za pořad? A jak se jmenuje tady ten krásný kluk?
Michael: Vtipný, Terinko. Pokaždé, když se dotýkáme, cítíme, vidíme, anebo slyšíme něco ve svém okolí, vnější vlivy způsobí, že elektrické signály přenášejí nervovými buňkami našeho těla.
Filip: Vzpomínky se uchovávají jako matrice v neuronové síti.
Michael: We recall a memory only when we activate that network of interconnected neurons.
A vzpomínky opět vyvoláme, když síť propojených neuronů aktivujeme.
Tereza: Paměť můžeme rozdělit na dvě části: na krátkodobou paměť, která je velice omezená …
Michael: … ta používá čelní laloky mozku …
Tereza: … a na dlouhodobou paměť, díky které si pamatujeme některé zážitky celý náš život.
Michael: Ta zapojuje všechny oblasti mozku.
Tereza: Je všeobecně známo, že většina našich uložených vzpomínek se objeví během spánku.
Michael: Existuje oblast mozku, zvaná hipokampus.
Tereza: Toto slovo pochází z řečtiny a znamená “mořský koník”. A skutečně hipokampus svým tvarem mořského koníka připomíná.
Michael: Ano a hipokampus ve spánku znovu přehrává naše činnosti během dne a třídí tyto informace. Vybírá z nich vzpomínky, které by se měly zachovat, a ty, které by se mohly odstranit.
Tereza: Tak, Michaele, dobrou noc a hezky si pamatuj.
Michael: Dobrou …
Tereza: Samozřejmě, že paměť nemají pouze živé organizmy. Stačí nahradit neurony tranzistory a hipokampus procesorem a voilá – máme gigabyty počítačové paměti.
Michael: My ale nepotřebujeme nic složitého, jako je počítač, abychom našli důkaz paměti. Paměť mají i některé kovové slitiny jako je tento nikl-titan. Totiž tato úžasná kovová slitina si dokáže pamatovat svůj tvar.
Tereza: Drát ze slitiny niklu a titanu, který Michael drží v ruce, je vyroben při teplotě 500 °C. Zároveň se dbá na to, aby byl pěkně rovný.
Michael: Během tohoto procesu se při vysoké teplotě atomy slitiny uspořádají do austenitické fáze. Vytváří tedy krystalickou mřížku, v níž jsou atomy niklu obklopeny atomy titanu.
Filip: Austenitická fáze dostala své jméno podle anglického metalurga Williama Austena.
Tereza: Jak se nikl-titanová slitina ochlazuje, její atomy se uspořádají trochu jinak. Tato nová krystalová fáze se nazývá martenzitická.
Filip: Ta zase dostala jméno podle německého vědce Adolfa Martense.
Michael: Slitina v martenzitické fázi se snadno ohýbá a kroutí. Když ji však znova zahřejeme, Terynko prosím …, tepelný pohyb atomů způsobí, že se vrátí do svého původního tvaru.
Tereza: Tvarová paměť. Úžasné …
Filip: A tady máme pružinu, vyrobenou ze slitiny niklu a titanu. Byla vyvinutá speciálně pro použití v pohonech. Když se nejprve deformuje – natáhne a pak ohřeje, vyvolá mechanický pohyb a drát pružiny se vrátí do původního tvaru.
Filip: Na pružinu můžeme zavěsit i závaží. Když nataženou pružinu zahřejeme horkým vzduchem nad 100 ˚C, dokáže závaží zvednout i proti působení gravitace.
Michael: Tvarovou paměť nikl-titanu objevili roku 1962 američtí vědci William Buehler a Frederick Wang.
Tereza: Kluci byli z Laboratoře námořního dělostřelectva.
Michael: Nový materiál nazvali nitinol.
Tereza: Od objevu nitinolu bylo vyvinuto mnoho jeho aplikací. A jednu z nich najdeme například v tomto obchodě. Dobrý den …
Tereza: Brýle, respektive jejich obroučky, jsou velice křehké. A pokud náhodou si vám na ně někdo sedne, mohou se i rozbít.
Michael: However, by making frames from nitinol we can use the shape-memory property of this metal alloy so that we can twist and bend and deform the frames and yet they will always return to the originally designed form. Geniální.
Když však obroučky vyrobíme z nitinolu, můžeme využít tvarovou paměť této kovové slitiny. Obroučky můžeme zkroutit, ohýbat a deformovat, a přesto se vždy vrátí do původně navrženého tvaru.
Nebojte se, bude to trvat jen chvíli.
Tereza: Nitinol se používá také v ortodoncii na drátky do rovnátek.
Michael: Otevřete prosím …
Filip: Drátky z nerezové oceli, které se pro rovnátka používaly dříve, dostatečně nepružily a vyžadovaly neustálé úpravy. Rovnátka z nitinolu ortodontista po jejich natvarování snadno ohne, aby k zubům přiléhala. Rovnátka se v teple ústní dutiny snaží vrátit do svého původního tvaru. Přitom jemně ale trvale tlačí na zuby a rovnají je. Délka léčby se tak zkrátila na polovinu.
Tereza: Jiná oblast medicíny souvisí s naším mozkem. Jednou z jeho největších hrozeb je mozková výduť. Vzniká vychlípením stěny mozkových cév. Její prasknutí končí většinou smrtí.
Filip: Moderní medicína používá k vyřazení výdutě také miniinvazivní postup. Pomocí dlouhých katetrů se operatér dostane z třísel tepnami až do mozkové cévy, v níž je výduť.
Tereza: K jejímu vyřazení slouží pozoruhodné přípravky z kovů s tvarovou pamětí. Platinové spirálky se namotají do klubíčka a vyplní vnitřek výdutě.
Filip: Pokud má výduť široký krček, použije se nejprve stent – samoroztažitelná síťka z jemných drátků z nikl-titanové slitiny. Ta se teplem krve roztáhne a uzavře vstup do výdutě. Teprve pak ji vyplní klubíčko z platinového drátku.
Tereza: Mnoho obyvatel v okolí letišť obtěžuje velmi vysoká hladina hluku dnešních dopravních letadel. Jeho zdrojem jsou tryskové motory. Přesněji – turbulence, které v nich vznikají na rozhraní proudícího horkého a studeného vzduchu.
Filip: Letečtí inženýři se zaměřili na změnu tvaru odtokových hran motorů. Jako vhodný materiál i zde použili nitinol s tvarovou pamětí. Horké plyny mění tvar nitinolových obloučků a ty snižují hluk motoru při startu o celou polovinu.
Michael: Research into new uses on nitinol is ongoing. Here in the Czech Republic, at the Institute of Physics in Prague, doctors Heller and Sittner in the framework of a European project called Avalon, are combining nickel-titanium alloys with conventional textiles. The aim, the ultimate goal of this project is to make new high added-value textile products.
Výzkum nových aplikací nitinolu pokračuje. Dr. Heller a Dr. Šittner z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR spojují v rámci evropského projektu Avalon nikl-titanovou slitinu s běžným textilem. Konečným cílem tohoto projektu jsou textilní výrobky s vysokou přidanou hodnotou.
A tohle je kousek takového materiál, který nám doktoři Heller a Sittner půjčili. Je plochý s malou polokoulí uprostřed. Mohu jej zmáčknout, ale díky nikl-titanové slitině se po zahřátí vrátí do původního tvaru.
Tereza: A tak někdy v budoucnu snad tato nová technologie pomůže velmi zaměstnaným lidem, kteří nemají čas ani vyžehlit si košili. Prostě ji jen zahřejí a mohou vyrazit.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough