Vědci vyvíjejí materiál, který se sám opraví. Inspirují se i u starověkých Římanů, kteří dokázali vyvinout samoopravující se beton

Představte si, že dojde k mechanickému poškození uvnitř mikročipu roveru Curiosity na Marsu v důsledku termomechanického namáhání nebo k přerušení vodivých drah při přistání," říká Benjamin Blaiszik z Argonne National Laboratory. "Zatím není žádná šance takový problém vyřešit." Možná ale už brzy bude. Blaiszik je členem týmu, který pracuje na řešení postaveném na materiálech, jež se umí samy opravit. Předvedli systém schopný obnovit funkci elektrických obvodů po mechanickém poškození. Dokáže to, protože jím kolují mikrokapsle obsahující tekutý kov. V místě, kde dojde k nárazu, popraská nejen obvod, ale i kapsle. Kov se vylije a zacelí trhliny ve vodivých drahách − a funkce čipu je bez zásahu zvenčí obnovena. Autoři tvrdí, že se tento princip po dalším vývoji může uplatnit nejen v Curiosity, ale například i v mikroelektronice pro vojenskou techniku.

"Loni bylo publikováno okolo dvou set vědeckých prací na téma materiálů, které se samy obnovují. Dá se proto očekávat, že tento obor zažije v nejbližších letech velkou expanzi," uvedl před rokem, krátce před svou smrtí, Scott White z Illinois University, jedna z největších kapacit v oboru samoopravitelných materiálů. Scottova výzkumná skupina na Beckman Institute for Advanced Science and Technology tvořila elektroniku, baterie, látky a další předměty, které detekují poškození nebo je samy zacelí. K jejím úspěchům patří například kompozitní plast obsahující mikrovlákna nebo mikrokapsle s pryskyřicí, jež v případě poškození postižené místo zacelí a zpevní. Plast se díky svým výjimečným vlastnostem dá použít v kosmických strojích nebo letadlech.

Od starého Říma k bakteriím

Opravovat poškození tkání uměla příroda už dávno před člověkem − organismy, které neměly nebo ztratily schopnost hojení ran, neměly šanci obstát v evoluční soutěži. Biochemické mechanismy, které tuto schopnost zajišťují, jsou však tak složité, že k jejich dokonalému napodobení má lidská věda ještě daleko. Prozatím se proto hledají schůdnější cesty.

Na jeden takový postup nejspíš přišli už stavitelé ve starém Římě před dvěma tisíciletími. Vědce dlouho vzrušovala neuvěřitelná trvanlivost betonu v římských stavbách. I neutěšený stav pražských mostů, starých pár desítek let, názorně dokládá, že stavitelé Kolosea museli znát něco, o čem se dnešním inženýrům ani nezdá. Analýzy provedené roku 2017 geology z University of Utah ukázaly, že tajemství odolnosti římského betonu se skrývá ve schopnosti zacelovat trhliny − a tu způsobilo složení směsi. Římané svůj beton nevyráběli z obyčejného vápence, jak se to dělá dnes, ale ze sopečného materiálu pocházejícího z Albanských hor u Říma. Jeho reakce s dalšími složkami směsi způsobuje vznik krystalů minerálu strätlingitu, které zaplňují případné trhliny a obnovují tak pevnost betonu.

Jak Římané na tuto technologii přišli a jestli vůbec věděli, že jejich cement se umí obnovovat, to už se nejspíš nedozvíme. Vědci z nizozemské univerzity TU Delft (Delft University of Technology) se o něco takového pokusili cíleně u moderního železobetonu. Trhliny jsou v jeho případě ještě nebezpečnější než ve starých stavbách, které neznaly armování železnými zpevňovacími prvky. Voda prosakující betonem se dostává k armaturám a ty korodují. Konstruktéři proto používají víc armatur, než je třeba, aby materiál měl rezervy v pevnosti. To ale konstrukce zbytečně zatěžuje a taky prodražuje. Kdyby se podařilo vzniku trhlin zabránit, přineslo by to i velké úspory.