A vegyészek, fizikusok általában szabadkozni szoktak, amint az intelligens anyagok kifejezés szóba kerül: természetesen nem arról van szó, hogy egy matéria értelemmel bírna, vagy éppen gondolkodni tudna. "Csupán" arra utal a kifejezés (élve az "intelligencia" szó egyik jelentésével), hogy az efféle, természetesen mesterséges anyagok a környezet bizonyos állapotváltozásaira tervezetten és jól kiszámolhatóan reagálnak.
Egy kés emlékei
A jövőbe vezető első fontos lépés az úgynevezett funkcionális anyagok kialakítása volt: az ilyen matériákban összekapcsolódnak az amúgy más-más anyagokra jellemző egyedi fizikai tulajdonságok. Érdekes módon ezek között nem csupán anyaghibrideket, hanem tiszta, elemi (éppen ezért a természetben ritkán előforduló) módosulatokat is találunk. A szelén amúgy kicsiny vezetőképessége erős megvilágítás hatására hirtelen az ezerszeresére növekszik, a szilícium pedig a fényerősség változását alakítja át elektromos feszültséggé. Nos, az intelligens anyagok maguk is efféle funkcionális matériák, melyek mintegy "érzékelik" közvetlen környezetük néhány fizikai vagy kémiai jellemzőjének megváltozását, s erre saját állapotuk nagyfokú megváltoztatásával válaszolnak. A változásnak ráadásul reverzibilisnek (visszafordíthatónak) kell lennie: azaz a hatás elmúltával az anyag visszaáll eredeti állapotába - mégpedig meglehetős gyorsasággal.
Intelligens anyagok régóta működnek: az USA-ban már 1967-ben kifejlesztették az úgynevezett fototróp üveget, melynek fényáteresztő képessége számottevően csökken besugárzás hatására - s pontosan ilyen anyagokra van szükség, ha fényérzékeny szemű embertársaink orrára is szeretnénk megfelelő okulárét biggyeszteni.
Az intelligens anyagok között akadnak kemény és lágy változatok - előbbiek között tán a legismertebbek az úgynevezett emlékező fémek és műanyagok. Ezek kívánt alakját magasabb hőmérsékleten alakítják ki - majd alacsonyabb hőmérsékleten kapják meg másodlagos, a célba juttatáshoz szükséges formájukat. Jól használhatók az ilyen anyagok az orvostudományban: csupán arra van szükség, hogy az alkalmazni kívánt elem végső alakját (például spirál) mondjuk testhőmérsékleten lőjük be, hogy azután az alacsonyabb hőmérsékleten becsomagolva, majd egy kulcsfontosságú (és jó meleg) véredénybe juttatva visszaugorjon eredeti alakjába (például meggátolja az ér végzetes elzáródását). Az emlékező anyagok mind sajátos anyagkeverékek - a legismertebb egy nikkel-titán ötvözet, a Nitinol -, ugyanakkor más anyagkoktélok másfajta sajátosságokkal "tüntetnek". Ott van például a Terfenol-D, melyet a periódusos rendszer setét, csak az avatottak által bejárt szögleteiben megbújó ritkafémekből (terbium, diszprózium) és vasból "kevertek ki", persze forrón. Az ilyen anyagból készült tárgyak mágneses tér hatására változtatják a méretüket. (Ráadásul ez még a hőmérséklettől is függ!) Ezzel paralel az úgynevezett elektrostrikció, amikor bizonyos anyagok, tipikusan kristályok elektromos tér hatására szenvednek el méretváltozást. Ennek egy sajátos esete a piezoelektromosság: például a kvarc vagy a turmalin belsejében mechanikai nyomás hatására elektromos potenciálkülönbség képződik. Az efféle piezoelektromosan gerjeszthető kristályok elektromos tér hatására kismértékű alakváltozást szenvednek el, aminek makroléptékben nincs nagy jelentősége, annál fontosabbak az ennek révén nanoszinten végezhető precíziós műveletek.
Gélgép és pH-izom
Ennél is meglepőbb és egyben fontosabb, hogy már régóta kiterjedt kísérletek folynak lágy intelligens anyagokkal - ennek már csak azért is van jelentősége, mert míg az élő anyagok többnyire lágyak, rugalmasak és nedvesek, addig az iparban eddig használt matériák kemények, merevek és szárazak. Az első úgynevezett komplex folyadékok egészen apró, nanoméretű szilárd részecskéket tartalmazó kolloid oldatok voltak. Ha a nanorészecskék sajátos elektromos vagy mágneses tulajdonságokkal bírnak, akkor az a látszat keletkezik, mintha maga az egész folyadék viselkedne ekként: ilyenkor változó elektromos vagy mágneses térben e likvid matériák mutathatnak alakváltozást (térfogat-kontrakciót) vagy a viszkozitás növekedését - extrém esetben mondjuk halmazállapot-változást (például hirtelen "befagyást"). Ráadásul az ilyen reverzibilis folyamatok alkalmazhatók felülről lefelé mozgó tengelyek fékezésére: azaz újfajta kuplungot, lengéscsillapítót építhetünk!
Ennél is kedvezőbb távlatokkal kecsegtetnek azok a folyékony-szilárd kolloidok (szaknyelven gélek), melyekben a sajátosan konstruált polimer alkotja a gél szilárd vázát, amely mintegy csapdába ejti a folyadék (mondjuk víz vagy valamilyen sóoldat) részecskéit. Az efféle polimergélek érzékenyen reagálnak a környezet kitüntetett paramétereinek (hőmérséklet, kémhatás, kémiai összetétel) megváltozására. A legradikálisabb efféle változás a gélkollapszus, a kolloid-struktúra összeomlása: a térfogatváltozás ilyenkor akár több százszoros is lehet, ráadásul pillanatszerűen következik be legfeljebb néhány tényező változtatásával. S ez még nem is önmagában fontos, hanem amiatt, hogy ilyenkor (vagy éppen a gél hirtelen megduzzadásakor) számtalan más tulajdonság is módosul: optikai, mechanikai és legkülönbözőbb átviteli jellemzők. Az efféle gélek alkalmazására a legegyszerűbb eset, ha üvegtáblákba építjük őket - alapesetben ezek is vízszerűen átlátszók, tehát nem rontják a fényáteresztő képességet. Ha viszont változnak a környezet paraméterei, ez a köztes gélanyag mondjuk tejszerűvé válhat - de megjelenhetnek feliratok is az ablakunkon.
Mindez csupán néhány praktikus lehetőség: épp ilyen kecsegtetőek azok a kísérletek, melyek során polimergél gömbökbe rejtenének célzott gyógyszerhatóanyagokat. Ezek csak akkor szabadulhatnának fel, ha mondjuk egy külső mágneses ingerrel kiváltottuk a gömb megduzzadását. Szintúgy tán még csak a sci-fi kategóriába tartoznak olyan kísérletek, melyek a gélek térfogatváltozását munkavégzésre akarják felhasználni. Az egyik ilyen, már nem is annyira utópisztikus lelemény volna a pH-izom, a másik a kollagén gélgép. Az első estben a környezet kémhatásának változtatása nyomán végezne munkát a polimergél (s ez utat törne a mesterséges izom előállításához), a másodikban két eltérő koncentrációjú sóoldattal reagálnának térhálósított kollagénszálak, s ez folyamatos munkavégzést tenne lehetővé (ez volna a génmotor). Érdekesség, hogy intelligens anyagok kutatásában élen járnak a magyar tudósok és kutatók - e cikk elkészítéséhez magam is sokat merítettem Zrínyi Miklósnak, a BME Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszékét és az ott folyó kutatásokat vezető egyetemi tanárnak a tanulmányaiból, előadásaiból.
Kapunk ruhát
Az intelligens anyagok létrehozására irányuló, tán legreményteljesebb kísérletek az intelligens textíliák létrehozását célozzák. Az már csak magától értetődő, hogy eme fejlesztés alatt álló ruhadarabok prototípusait először tűzoltók, katonák, űrhajósok vagy autóversenyzők ölthetik magukra (nem hiába szerepelnek ezen szakmák a fiú- s néha leánygyermekek vágyálmai között), de egyszer eljön a laikusok ideje is. A legfrappánsabbak mind között a hőszabályozó kelmék: ezek olyan ruhaanyagok, amelyek szálai közé már gyártáskor olyan részecskéket ültettek be, melyek hő hatására folyékonnyá válnak. (Legkézenfekvőbb anyag amúgy az egyszerű paraffin, melyet műanyag kapszulában helyeznek el.) Ezek az ezredmilliméter átmérőjű csöppecskék jól bírják a mechanikai igénybevételt, ennek megfelelően kimosni sem lehet őket a ruhából. Halmazállapot-változáskor az olvadó anyag hőt von el környezetétől, ezáltal hűti a testet - ha meg este lehűlt a levegő, akkor megdermed, és visszaadja nekünk a meleget.
A ruhát persze intelligenssé lehet tenni abban az esetben is, ha elektromosan vezető szálakat ültetünk belé, melyek ráadásul mechanikai ingerek (például nyújtás) hatására visszafordítható módon változtatják a vezetőképességüket: az ilyen szálak segítségével mérhetőek lesznek a szervezet paraméterei - mozgás közben is. Természetesen a ruhába félvezető egységeket, integrált áramköröket, napelemeket vagy a testmozgásokat elektromossággá alakító berendezéseket, sőt tableteket is applikálhatunk - s ez már ma sem sci-fi!
Annyi azonban biztos, hogy az elektromosan manipulált textíliák között akadnak, amelyek a színüket változtatják (környezeti ingerek hatására) - ilyenekből készülhetnek a kaméleonruhák, melyek (s ennek révén viselőjük) beolvadnak a környezetbe. Ez utóbbi hipotetikus álcatulajdonság nem kedvezne a divatcélú hasznosításnak - de képzeljük el, mennyire előnyös volna, ha intenzív besugárzás hatására megnőne mondjuk a ruha albedója (fényvisszaverő képessége). S alighanem az eredeti méretükre, színükre emlékező ruhák is nagy sikert aratnának a notórius ruhazsugorítók és véletlen kelmefestők körében.
