Profesor Schneider, Vy ste odborníkom na rozumné materiály. Co tento termín skutocne znamená?
Rozumné alebo "inteligentné" materiály predstavujú velmi širokú oblast, ktorá je úzko spätá s naozaj velkými otázkami súcasnosti - životného prostredia, energie, mobility a zdravia. Vo všeobecnosti ide o materiály, ktoré reagujú na zmenené podmienky bez potreby ludskej intervencie. Zaoberám sa konkrétne tzv. samo ohlasujúcimi materiálmi alebo materiálmi, ktoré komunikujú.
Komunikatívne materiály – mohli by ste nám to trochu objasnit?
Tu je dobrý príklad: Ked idete k lekárovi, on alebo ona zmerajú rôzne vitálne funkcie vášho tela - pulz, krvný tlak a tak dalej. Na základe týchto údajov lekár dokáže povedat, ako sa má vaše telo. Materiály so samo ohlasovaním pracujú podobným spôsobom. V budúcnosti budú materiály a dokonca aj celé stroje schopné "hlásit", ako sa majú.
Základom nášho výskumu sú tzv. samo ohlasujúce materiály. Jedným zo základných problémov v technických štruktúrach je únava materiálu. Zoberte si ako príklad lietadlový motor: Komponenty v turbíne sú napadnuté pieskom a inými casticami vo vzduchu a casom sa vytvárajú trhliny na ich povrchoch. Ak sa do povrchového povlaku zavádza takzvané liecivé cinidlo, reaguje hned, ako sa otvorí trhlina, pretože to spôsobí, že liecivé cinidlo príde do kontaktu s kyslíkom. Prostredníctvom výslednej chemickej reakcie sa trhlina uzavrie a tým sa lieci.
V prípade, že tento “proces liecenia” spôsobí zmenu vlastnosti, ktorá môže byt meraná, potom je to už relatívne malý krok ku komunikatívnemu materiálu.
Ako potom tieto materiály komunikujú?
V roku 2003 sme dosiahli prvý prelom, ked sme dokázali syntetizovat materiál, ktorý sa stane magnetickým, ked sa chemicky zmení. Magnetizácia alebo sila magnetického signálu nám potom poskytne správu o jej životných funkciách, ak si to želáte. Cím dalej "liecebný proces" pokrocil, tým je menej magnetický (za predpokladu, že liecivé produkty neprispievajú k magnetickému signálu). Tento princíp je podobný už zastaranému kazetovému rekordéru, ktorý konvertuje magnetické informácie na kazetových kazetách na hudbu.
Co to znamená pre priemysel?
Samoliecivé a komunikatívne materiály predstavujú posun paradigmy pre oblast strojového dizajnu. Ak sa materiály dokážu liecit a materiály a celé stroje dokážu ohlásit svoj stav, inžinieri sa dokážu svojimi návrhmi priblížit k limitom. Rezervy, ktoré sú dnes nevyhnutné, by sa potom tažko alebo už vôbec nemuseli zohladnovat vo výpoctoch. Konkrétne to znamená, že komponenty a stroje sa stanú lahšími a v dôsledku toho by napríklad automobil alebo lietadlo potrebovali hýbat menším množstvom hmoty, co následne povedie k významným úsporám, napríklad u paliva.
Rozmýšlam však aj o iných možnostiach, ktoré vznikajú, ked môžu pocítace alebo zariadenia aktívne komunikovat. Napríklad vrtacka by mohla vydat správu pred uplynutím jej životnosti - najlepšie priamo povlakovacej spolocnosti a nielen používatelovi. Alebo veterná turbína by mala ohlásit na mobilný telefón technika, ked potrebuje opravu; technici by potom museli konat len vtedy, ked to skutocne potrebujú a u relatívne exponovaného miesta práce sú tu výhody samozrejmé.
Komunikatívne materiály tiež znamenajú, že by sa vynechali bežné intervaly údržby - ludia by zasiahli len vtedy, ked sa to skutocne stalo nevyhnutným.
Dotkne sa táto budúcnost aj profesionálneho profilu vedcov v oblasti materiálov?
A ako! Už dnes hovoríme o "odvetví 4.0", v ktorom je všetko napojené na siet a všetky casti komunikujú navzájom. Zhromažduje sa obrovské množstvo údajov a v budúcnosti bude priemysel vdaka týmto údajom fungovat s ovela vyššou presnostou ako dnes. Všetko bude fungovat podla plánu a efektívnost zdrojov bude maximalizovaná. To prináša pre tento priemysel obrovský potenciál. Ale aj dnes si už môžeme uvedomit, že vygenerované množstvo údajov nie je vždy optimálne použité. To znamená, že nestací len zhromaždovat údaje, ale príslušné údaje musia byt tiež kriticky preskúmané, aby sa procesy a materiály mohli optimalizovat. Spájanie vedy o materiáloch a údajov vrátane údajov o materiáloch, výrobe a výkonnosti povedie k vzniku nového povolania, nového profilu pre vedcov v oblasti materiálov. Už nebude dostatocné poznat materiál - simulácia a analýza dát budú coraz dôležitejšie. Velkou výzvou je urcite analýza dát a filtrovanie tých dát, ktoré sú urcujúce pre výkonnost.
Hmmm, to znie trochu sucho ...
(Smiech) Áno, dobre, musím priznat: V posledných niekolkých desatrociach sa veda o materiáloch stala coraz viac orientovanou na výpocet. Je to nárocné a casto nelahké pre efektívne komunikovanie. Napriek tomu nemáme problémy s náborom novej generácie. Iba tento rok sa takmer 250 nových študentov v Aachene zapísalo do študijného programu v oblasti materiálovej technológie. Naši doktorandi majú niekedy zmluvy uzatvorené so spolocnostami ešte pred absolvovaním štúdia.
Univerzity v nemecky hovoriacich regiónoch praktizujú jednotu výskumu a výucby. Je to výhoda neocenitelnej hodnoty, ked to vedie k zotrvávaniu na špicke nového vývoja a potrieb priemyslu. V Aachene sú urcení ucitelia, ktorí pracujú s novými témami, a tak ich odovzdávajú študentom, cím dokoncujú cyklus. To isté platí pre tému inteligentných materiálov.
A co vidíte prichádzat do budúcnosti materiálových vied, povedzme v roku 2040?
Samozrejme, nie som schopný vidiet do budúcnosti, ale existuje téma, ktorú považujem za mimoriadne vzrušujúcu, ale aj tažko predvídatelnú. A predsa je tu nieco, cím sa všetci budeme zaoberat: širokou témou materiálov v spojení s so zdravím a medicínou.
Nedávno som bol prítomný na skúške, v ktorej doktorandský kandidát predložil argumenty týkajúce sa výroby ludských orgánov pomocou 3D tlace. Ak posuniete túto myšlienku trochu dalej, coskoro prídete do bodu, ked ludia budú môct vytlacit svoje vlastné "náhradné diely" - tu oblicky, tam oko - a mohli by sa stat 150-rocnými alebo aj staršími. Potom by to už nebolo velmi daleko od kyborga.
Samozrejme je to ešte dlhá cesta do budúcnosti. Avšak aj teraz už vedci v oblasti materiálov pracujú na povrchových riešeniach implantátov urcených na vloženie do ludského mozgu. Tam majú merat mozgové vlny, pomocou ktorých môže byt ovládaný robot - alebo pomocou ktorých môžu kvadriplegici, ktorí nie sú schopní pohybovat rukami a nohami, ovládat svoj vlastný invalidný vozík. Ako "kybernetická technika" ovplyvní vývoj ludskej rasy, ešte nie je možné predvídat.
Ako som spomenul, ide o budúce scenáre, ktorých sa urcite všetci nedožijeme. Ale dotýkajú sa otázok, ktorými sa musí veda o materiáloch zacat zaoberat už dnes - vrátane ich morálnych dôsledkov.
Profesor Schneider, dakujeme Vám za tento rozhovor!
