Materiáloví vědci nepřestávají udivovat svými šílenými nápady. Francois Barthelat, vedoucí laborky Laboratory for Advanced Materials & Bioinspiration na University of Colorado at Boulder, se nedávno s kolegy pustil do materiálů složených z navzájem hustě propletených částic. Jako jsou třeba kancelářské sponky. Je až neuvěřitelné, jaké mají tyhle materiály vlastnosti a jak široce by se mohly uplatnit.
Pevně stlačená kupa kancelářských sponek může být překvapivě pevná. Když se ji pokusíte roztrhnout, propletené kovové částice odolávají jako pevný objekt. Ale při správném pohybu nebo vibracích se tentýž chuchvalec může rychle rozpadnout na jednotlivé částice.
Barthelat s týmem odborníků zkoumá, jak by tahle unikátní kombinace pevnosti a ohebnosti mohla inspirovat novou třídu materiálů postavených na propletených částicích. Jednoho dne by materiály založené na tomhle principu mohly tvořit konstrukce, které budou pevné, přizpůsobivé a dokonce recyklovatelné.
Badatelé se soustředili na fenomén propletení, nebo jak říkají s fyzikální příchutí „entanglement,“ když je větší počet částic navzájem propojených do sebe. Vlastně to není nic nového. Příroda je plná příkladů, kdy se různé menší objekty proplétají do sebe a vznikají pevné struktury, od ptačích hnízd až po minerály a bílkoviny ve struktuře kostí.
Barthelat a spol. si nejdřív spustili Monte Carlo simulace, aby našli optimální geometrii částic. Dospěli k částicím hodně podobným kancelářským sponkám, které pak testovali v experimentech. Zjistili například, že výsledné propletené materiály mají slušnou pevnost v tahu a současně průrazuvzdornost, což je docela unikátní kombinace.
Další unikátní vlastností „klubka sponek“ je schopnost se rychle propojit… a pak se zase rychle rozpadnout. Badatelé dokázali použitím různých vibrací měnit úroveň propojení sponek. Například lehká vibrace mohla vést k propojení a zpevnění částic, zatímco silnější vibrace mohla způsobit jejich úplné rozpletení.
Jak říká Barthelat, je to zvláštní materiál. Očividně to není kapalina. Současně to ale taky tak úplně není pevná látka. Je to pozoruhodná věc, která nabízí zajímavé inženýrské možnosti. Lze si třeba představit hejna malých robotů, kteří budou tento trik využívat a v případě potřeby se propojí nebo naopak rozpojí. Nezbývá než se těšit.
Video: Pickup test using staples to demonstrate particle entanglement
Literatura
Materiál inspirovaný kroužkovou zbrojí mění pevnost podle tlaku
Autor: Stanislav Mihulka (13.08.2021)
Nanokroužková polymerová zbroj slibuje novou generaci pancířů
Autor: Stanislav Mihulka (19.01.2025)
Neuvěřitelný plast opravuje sám sebe a je pevnější než ocel
Autor: Stanislav Mihulka (14.08.2025)
Diskuze:
Tekuté řetězy
Miro Sutner,2026-04-21 22:28:32
Opět jeden z úžasných znovuoběvů. Problém takových struktur je primárně v tom, že se nedají přesně spočítat jejich fyzikálně-mechanické vlastnosti. Každá sekretářka zná efekt provázaných spojek, ale praktické využití to má jen když ji chcete nasrat, nebo na to dostanete grant :D
Re: Tekuté řetězy
Miro Sutner,2026-04-21 23:43:20
Ještě k těm vibracím. Na střední tech.prům. nám profesor vysvětloval cyklické namáhání ocelové konstrukce sila(na obilí:). A tok obilných zrn byl fysikálně popisován popisován jako tok kapaliny. Takže několik sil spadlo, než ing. z RVHP pochopili. Ale nakonec to dali -viz.silo v Bejrutu. :D
Vzpomínka
Oldřich Novák,2026-04-21 08:17:07
Za dávného takzvaného "socíku", vozili do jedné veliké stavební firmy (krom jiného) kontejnery s (tehdy ještě kovovými) přípojkami pro vodu. Pro jejich členitý tvar se jim příhodně říkalo "parohy". Nebyly balené po sériích, ale prostě nasypané do kontejneru dokud nebyla splněna váha. Přepravou po železnici a silnici se působením vibrací do sebe tak zaklesly, že nebylo v lidských silách je rozdělat ručně. Řešení bylo prosté: vždy jsme celou "entanglovanou" hromadu zapřáhli za silný VZV, a prostě tahali kolem dokola dvora po dlažbě; otřesy nového druhu postupně tu hromadu bezbolestně (ač za impozantního zvukového doprovodu) rozložily zpět na jednotlivé parohy. Vědět kam věda o padesát let později dojde, mohli jsme na tom vydělat aspoň seminárku. Jenže takovou b!binu by nám tehdy asi nikdo neuznal. Nu, holt pokrok :-)
Re: Vzpomínka
Franta Vejvoda,2026-04-21 11:12:27
No vidíte, přitom je to taková blbina. Mockrát už se stalo, že skvělý vynález měli lidé stále na očích, jen někoho tu pitominu napadlo uchopit trochu jinak. A pak patentovat a prodat.
Jako malého mě jednoho dne zaujala pavučina jakéhosi pokoutníka na plotu u chalupy, která byla po ránu hustě pokryta zcela miniaturními kapičkami vody. Při určitém úhlu pohledu naprosto skvěle odrážela světlo. Prostě to na mě bliklo, když jsem šel okolo. Došel jsem domů pro baterku a nikdy jsem neviděl lepší "odrazku".
Už tehdy mě napadlo to využít jako vynález, kde jen vzít takhle malé skleněné kuličky, ty bych nasypal na lepící pásku a... jednoho dne na to zapomněl.
A později, jiného dne jsem uviděl reflexní pásku, takovou tu co by měli nosit v noci chodci a nenosí. A hele, světlo odráží plastové pidikuličky, to mě zas někdo předběhl, jako Járu C :-(
Re: Re: Vzpomínka
D@1imi1 Hrušk@,2026-04-21 14:24:59
Vy jste věděl, k čemu skleněné kuličky využít, ale neuměl jste je vyrobit. Inženýři by podle mého názoru hned věděli, jak ve stavebnictví využít "vodovodní přípojky" - například na náspy s mnohem větším sypným úhlem, než jaký má štěrk. Problém je vysoká cena náspu z vodovodních přípojek. Bylo by levnější odlít kolmou železobetonovou stěnu, nebo použít gabiony.
Kdyby na té univerzitě vymýšleli, jak levně vyrobit pevné a houževnaté "tyčky se zarážkami", dávalo by to smysl. Oni se ale snaží využít zajímavý fenomén na inženýrský problém, který nemají pomocí produktu, který neexistuje (pevné, houževnaté a levné kousky "něčeho" - kubický metr kancelářských sponek není levný, v sypané formě ani moc pevný). V podstatě inženýrství naruby.
Je ale možné, že původní výzkum je o něčem jiném a řetězcem "tiché pošty" z toho tradičně vznikla absurdita.
Pro zajímavost - podobnou mechanickou vlastnost jako ty kancelářské sponky projevuje polyetylen glykol (či polyetylen oxid):
https://www.youtube.com/watch?v=bOSVX8zOPkc
Re: Re: Re: Vzpomínka
Waldemar Nováček,2026-04-21 16:56:32
Shodou okolností jsem se minulý týden díval na pár dílů doctora Who, jeden z těch dílů (nevím už jaký, vždycky vyberu náhodně) byl o dvojnících z těsta, prostě programovatelné těsto. Fungovalo - do okamžiku než drWho našel rezonanční frekvenci a šup kaluž těsta...
Jen taková malá asociace
Re: Re: Re: Re: Vzpomínka
Miro Sutner,2026-04-21 22:43:20
Škrob s feromag.pilinami. A pak si s modulací mag.pole pěkně a názorně pohrajete:)
Re: Re: Re: Vzpomínka
Franta Vejvoda,2026-04-21 22:41:01
Nemyslím si, že jde o to, že jsem neuměl kuličky vyrobit. Jde o to, že si někdo nejspíš tohoto jevu povšiml již dávno přede mnou. A vyrobil reflexní pásku.
Příslušně orosená pavučina, úžasně odrážející světlo, je také zajímavý fenomén, který možná někoho praštil do očí a využil jej pro blaho povšechného lidu, ač nakonec pro průmyslovou výrobu použil sférulky ze zcela jiného materiálu, než je voda nebo sklo.
A ano, je to trochu inženýrství naruby. Takže bych navrhoval, aby pan Novák poslal panu Barthelatovi nákres parohů. Mohlo by dojít k převratnému vývoji, přičemž specifická frekvence otřesů vagónu běžného nákladního vlaku (odhaduji tdn-tdn tdn-tdn) znamenala by nástin frekvence pro "entanglement" materiálu. A naopak, frekvence otřesů kontejneru taženého VZV (?), by byla výchozím klíčem pro rozpad.
Já jsem nevěděl, jestli na to využít skleněné kuličky, napadly mě za "socíku" jako první, jen jsem si povšiml zajímavého jevu. Tento jev pravděpodobně někdo inženýrsky zpracoval a prodal.
A článek je o tom, že si také někdo povšiml zajímavého jevu. Jestli jej inženýrsky zpracuje a nakonec prodá, možná záleží na panu Novákovi ;-)
Re: Re: Re: Re: Vzpomínka
D@1imi1 Hrušk@,2026-04-22 01:37:06
Jsem názoru, že výzkumník by měl v podobných případech mít představu, v čem by využití mělo spočívat, jinak jde o plýtvání prostředky na výzkum. Tady naštěstí ne českými ani evropskými.
Pokud jde o ty kuličky - pochybuji, že myšlenkový pochod byl v posloupnosti, jak ji prezentujete. Je pravděpodobné, že napřed vzniklo zadání vyrobit optický prvek, který odráží světlo zpět ke zdroji a následně se hledaly různé cesty, jak toho docílit. Dokonalý odraz byl v optice známý "od pradávna", takže šlo jen o to, vymyslet vhodný tvar SNADNÝ NA VÝROBU. Dokladem, že to bylo spíše takto, je existence klasických odrazek (na kole či patnících), které nevyužívají sféry, ale hranoly. Při opačném myšlenkovém postupu by pravděpodobně nevznikly dvě samostatná řešení, z nichž jedno v přírodě nenajdete.
U odrazek se řešil technický problém, u sponek si někdo bezúčelně hraje.
Re: Re: Re: Re: Re: Vzpomínka
Franta Vejvoda,2026-04-22 22:40:36
Nemyslím si, že by myšlenkový pochod byl v opačném sledu, naopak. Možná si světélkující, orosené pavučiny všiml již Euclides, ale nechtěl ji převést na něco užitečného. Možná Isaac Newton, nebo jiný velikán optiky, nechal tento jev bez povšimnutí. V dobách loučí a svící nikomu nemuselo připadat důležité vynalézat reflexní prvek. To k tomu pradávnu.
A možná někdo sáhl do zaprášených archivů velikánů, když hledal, jak toho docílit.
Jako děti jsme velice dobře znali odrazky, ty koutové, hranolové. A o to šlo v mé vzpomínce, v mém původním příspěvku. Kradli jsme je z patníků a dopravního značení a směňovali za jiné důležité klukovské zboží, s možným příslibem nachytání při činu příslušníky SNB, následnou ředitelskou důtkou a obtisky vařeček a pásků na pozadí od rodičů. Mě tehdy, jako malého smrada, napadlo, že tohle by byla odrazka, za kterou by mi k nohám byla snášena "céčka" z celé základky a možná bych jí směnil i za tuzexové digitální hodinky.
S optickými prvky si také někdy někdo jen hrál. Se sponkami si také někdo hraje a možná, že bezúčelně.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Vzpomínka
D@1imi1 Hrušk@,2026-04-22 23:58:12
"možná někdo sáhl do zaprášených archivů velikánů, když hledal, jak toho docílit"
- Možná ano, ale pravděpodobně ne. Optici nepotřebují pátrat v archivech, aby našli tvar, který odráží zpět. Optici vědí, jak se chová světlo na rozhraní různých materiálů a díky tomu dokáží sami navrhnout tvar na řešení jakéhokoliv optického zadání. I kdyby se s retroreflexními kuličkami nikdy nesetkali v přírodě, přišli by na to rychle sami díky svým znalostem lomu. Fresnelova čočka je 200 let starý vynález. Navrhnout ji bylo nesrovnatelně složitější než navrhnout retroreflexní kuličky. Ale jak píšete, po retroreflexi nebyla tehdy poptávka. A další věc je rozdíl mezi návrhem tvaru a návrhem výrobního postupu. Tam je často propastný rozdíl. O spoustě věcí se ví, že by fungovaly, kdyby je někdo uměl vyrobit. S létáním jsme nečekali, až někoho napadne použít křídla jako ptáci, ale až někdo vyrobí lehký a výkonný motor.
S těmi sponkami si budou chvíli hrát, vytvoří matematický model na popis jejich vlastností a pak to upadne v zapomnění, protože to nevzešlo z žádné technické potřeby. Jediná potřeba byla "publish or perish". Ten efekt zná každá sekretářka a kdyby byl k něčemu použitelný, na 100 % to objeví nějaký inženýr, ne akademik.
Re: Re: Re: Vzpomínka
F M,2026-04-22 12:28:40
Abstrakt "Tato práce poskytuje základní pochopení toho, jak geometrie částic a vibrace řídí vlastnosti provázaných materiálů, což může vést k lepším konstrukčním pokynům pro lehké, reverzibilní materiály a struktury a agregátní architektury." Tedy měření vlastností materiálu v různých podmínkách (vibrace, tlak, tah). Dále jsou v abstraktu 2 varianty "sponek" klasika 90 stupňů a 20 stupňů a srovnání (ty 20 se spojují neochotněji, ale pevněji, s vibracemi).
Zkrátka asi s tím asi opravdu "jen kvalifikovaně blbli"
Našel jsem PDF, ale nečetl
https://arxiv.org/abs/2510.09933
Re: Re: Vzpomínka
Miro Sutner,2026-04-21 22:40:56
Taky jsem to viděl a pochopil. Ta světelná geometrie na kapkách rosy je úžasná. Skleněné guličky jsem měl, ale skončil jsem na matrici do které bych to uchytil. I průhledná lepící páska zničila ten lom světla v kouli :D
Re: Re: Re: Vzpomínka
Franta Vejvoda,2026-04-21 23:00:45
Děkuji, pane Sutnere, reagoval jste na můj původní příspěvek a já jsem mezi tím reagoval na pana Hrušku.
Potvrzujete mi, že fascinace nějakým jevem, pokud jej nepřejdeme v rámci běžného života mávnutím ruky, jako něco nepodstatného, neužitečného, může vést k zajímavým objevům.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
