Copytight NCBR.gov.pl
Przeciwnik podbiega. Robi zamach i… z całej siły kopie naszego piłkarza w goleń. A on? Nic nie czuje – tak mają działać specjalne ochraniacze, które powstają na Politechnice Warszawskiej.
Wynalazek, nad którym dziś pracuje grupa naukowców z Politechniki Warszawskiej, to materiał do produkcji nagolenników piłkarskich. Ma mieć specyficzne właściwości – z jednej strony będzie lekki i elastyczny, z drugiej będzie w stanie pochłonąć energię uderzenia. – Zaboleć ma tego, kto kopie, a nie tego, kto jest kopany – tłumaczy prof. dr hab. inż. Mikołaj Szafran, kierownik projektu.
Jak to możliwe? Tajemnica tkwi we właściwościach niektórych płynów. Większość z nich ma taką samą lepkość (czyli konsystencję) niezależnie od tego, czy porusza się wolno, czy szybko. Jednak w przyrodzie istnieje grupa cieczy, których lepkość zależy od prędkości poruszania się. Jeśli mieszamy je wolno, nic się nie dzieje. Jeśli zamieszamy je szybko, ich lepkość gwałtownie wzrośnie, czyli – krótko mówiąc – płyny momentalnie zgęstnieją. Niektóre do tego stopnia, że bardziej będą przypominać plastyczne ciało stałe niż ciecz.
Takie właściwości mają m.in. zawiesiny proszków ceramicznych. Przemysł odkrył tę cechę już dawno, lecz traktował ją jako wadę. Zdarzało się, że takie płyny podczas transportu rurociągami nagle gęstniały. Wtedy w rurach robił się zator, pompy przepalały się, a fabryki tylko ponosiły straty.– Ale każdy minus można zamienić na plus – mówi prof. Szafran. I tak właśnie postanowili zrobić warszawscy naukowcy. Uznali, że można wykorzystać zdolność zawiesin proszków ceramicznych do szybkiego tężenia, aby stworzyć materiały ochronne. – Jeśli nasączymy tkaninę taką cieczą i normalnie ruszamy ręką czy nogą nic się nie stanie. Ale gdyby ktoś nas nagle uderzył, czy to pięścią, czy nożem, wtedy natychmiast wzrasta lepkość materiału i zachowuje się on jak ciało stałe. Materiał pochłania energię z uderzenia – wyjaśnia profesor.
Pierwszy pomysł na zastosowanie – nagolenniki dla piłkarzy. Idea ochraniaczy była prosta, ale wyzwań dużo: jakiej cieczy użyć i jakich proszków ceramicznych, żeby tkanina była jak najlżejsza? Jak duże mają być ziarenka proszku i ile ich wsypać, aby płyn twardniał dopiero przy odpowiednio silnym uderzeniu? Co zrobić, żeby substancja nie stawała się mniej lepka pod wpływem temperatury? I – najtrudniejsze – jak zapobiec temu, żeby powstały płyn nie spływał z materiału? Te wszystkie problemy naukowcy z Politechniki Warszawskiej już rozwiązali. W tym momencie mają laboratoryjne ilości materiałów ochronnych. I… wszystko działa. – Nasze testy pokazują, że materiał pochłania nawet do 70% siły uderzenia. Jeśli ktoś kopnie w nagolennik z siłą 10 kG, poczujemy tylko 3 kG. Pozostałe 7 kG zaabsorbuje materiał – mówi prof. Szafran.
Prototyp nagolenników powstaje w konsorcjum naukowo-przemysłowym. Teraz badacze pracują nad udoskonaleniem materiału. Za kilka miesięcy wyniki ich badań trafią do Polsportu, producenta sprzętu sportowego. Zadaniem firmy będzie wyprodukowanie pierwowzoru nagolenników. A co będzie dalej? Być może na stałe trafią one do produkcji. Naukowcy zaś myślą o kolejnych produktach: nałokietnikach, kaskach, kamizelkach. Ale każde z nowych zastosowań wymaga nowych badań i zmiany receptury. – Z inną prędkością normalnie ruszamy nogą, a z inną ręką. Dlatego potrzebne są materiały, których lepkość zmienia się w innym momencie – tłumaczy kierownik projektu. Jednak, jak zapewniają naukowcy, wprowadzenie modyfikacji nie jest problemem. Najważniejsze, że ich innowacje działają.
Tytuł projektu: Inteligentne materiały do absorpcji energii i ochrony ciała człowieka
Nazwa beneficjenta: Politechnika Warszawska
Wartość projektu: 4 150 000,00 zł
Termin realizacji: 2012-2015
Obszar wsparcia: Program Badań Stosowanych
Tekst pochodzi z Katalogu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju „Innowacje dla rozwoju”
Plac Politechniki 1 