Sciencemag.cz
Doporučujeme
Tisk už dlouho neznamená jenom přenesení písmenek nebo obrázků na papír. Američtí a švýcarští fyzici vyvinuli novou metodu, která využívá akustických sil a umožňuje tisknout mnoho nejrůznějších materiálů, včetně potravin nebo biofarmak.
V současné době se stále častěji uplatňuje tzv. 3D tisk („3D printing“ nebo „additive manufacturing“) čili tvorba třírozměrných pevných objektů z digitálního souboru. Objekty různých tvarů a velikostí (od několika nanometrů až po velikost menšího domu) vznikají při 3D tisku pokládáním souvislých vrstev materiálu.
3D tisk je užitečný mj. pro zdravotnictví, kde se v současnosti usiluje o vytištění „živých“ objektů, které by se daly používat k transplantacím. Stejně tak je možné vytisknout třeba kompletní pokrm, který bude mít tvar, jež klasická gastronomie vykouzlit nedokáže.
Podstatná je v této oblasti zvolená technika tisku. Američtí a švýcarští fyzici teď vyvinuli novou metodu, kterou nazvali akustický tisk. Ta by měla být schopna překonat omezení, která jsou u ostatních metod způsobena viskozitou nanášeného materiálu, a mohla by otevřít nové cesty digitálního zpracování materiálů nejrůznějších fyzikálních vlastností.
Fyzici z Harvardovy univerzity a z ETH v Curychu demonstrovali akustický tisk na vzorcích potravin, optických pryskyřic, kapalných kovů, a dokonce i buněčných kolagenů. Podle výzkumného týmu bude nová technologie užitečná hlavně v potravinářském, farmaceutickém nebo materiálovém průmyslu.
Inkoustový tisk (inkjet printing), který spočívá v sestavování systémů kapku po kapce, nachází uplatnění v mnoha oblastech, jeho nevýhodou je však to, že je vhodný jen pro kapaliny o nízké viskozitě. Právě s těmi přitom obory často potřebují pracovat. Například biopolymery nebo buněčné roztoky, které jsou důležité pro biofarmakologii nebo tisk biologických materiálů, mají nejméně stokrát vyšší viskozitu než voda. Samotné biopolymery, jejichž základní složkou jsou cukry, mohou být tak viskózní jako med, který má viskozitu 25 000krát vyšší než voda.
Pro kapaliny s vysokou viskozitou sice existují i jiné způsoby tisku, ale ty jsou obvykle dost komplikované. Vyžadují totiž nastavování různých parametrů tisku, když se mění složení inkoustu. To způsobuje, že použití těchto metod je pro materiály, jejichž fyzikální vlastnosti se s časem mění, velmi složité.
Čím má kapalina vyšší viskozitu, tím vyšší je průtokový odpor. To znamená, že kapalina s vysokou viskozitou opouští tiskové trysky velmi pomalu a ve velkých kapkách. Naopak malé kapičky, které jsou nutné pro přesný tisk, se produkují velmi obtížně. Aby právě tento problém vyřešili, obrátili se fyzici k akustice. Umístili tiskové trysky do akustických komůrek o velikosti menší, než je vlnová délka. To jim umožnilo jednoduchým převodníkem vytvořit kolem hrotu trysky přesně lokalizované zvukové pole. Přitom se generují až stokrát větší síly, než je gravitační síla, takže akustické pole vypuzuje kapičky kapaliny ven z trysky.
Velikost kapiček, které vytékají z trysky, se dá ovládat nastavením amplitudy zvukových vln. Když amplituda roste, velikost kapiček klesá. To umožňuje rozdělit proces oddělování kapiček a toku kapaliny. Touto metodou dokázali fyzici řídit velikost kapiček v intervalu průměrů 100 – 1000 mikrometrů. Proces pak otestovali na potravinách a na optických elektricky vodivých a biologických materiálech. Tiskli například kapičky medu na bílou čokoládu, soubory mikročoček a kapalné kovy.
Nová technologie umožňuje tisk nejrůznějších materiálů, jako jsou biofarmaka, kosmetické výrobky či potraviny, a rozšiřuje možnosti optických a vodivých materiálů. Fyzici doufají, že další vylepšení metody jim umožní posunout rozlišovací schopnost tisku pod 50 mikrometrů. Tým teď také pracuje na vývoji tiskové hlavy s vícenásobnými tryskami, díky kterým se zvýší průchodnost a tím i výkon celého systému.
I když se na první pohled zdá, že lepší nebo alespoň stejné vlastnosti by mohly mít laserové tiskárny, experti tvrdí, že laserová technika není rutinní a je relativně drahá. Cílem je vyvinout takovou techniku, která by umožňovala tisknout kapaliny jakékoliv viskozity na jakýkoliv povrch. Akustická metoda vypadá v tomto smyslu velmi nadějně.
Nová technika je popsána v Science Advances.
autor: Jana Štrajblová
Převzato z Matfyz.cz
Pozvánka:
Přednášky: Fenomén Feynman 1918–1988
6. 12. Nanosvět a kvantové počítání
(prof. P. Cejnar)
Feynman byl velký vizionář. Jako jeden z prvních zahlédl obrovské technologické možnosti vyplývající z ovládnutí nanosvěta a ukázal, že principy kvantové fyziky mohou řádově urychlovat výpočetní procesy. Jím předpovězené nanotechnologie a kvantové počítače patří dnes ke klíčovým oblastem pokročilého aplikovaného výzkumu.
20. 12. Feynmanova ztracená přednáška
(prof. J. Podolský)
Dne 13. 3. 1964 měl Richard Feynman výjimečnou přednášku pro studenty Caltechu. Hovořil v ní o pohybu planet kolem Slunce, konkrétně o tom, jak Newton ryze geometrickým postupem ze svého gravitačního zákona odvodil Keplerovu elipsu. Stejně zajímavé je, že tato přednáška byla 30 let ztracena a teprve nedávno její obsah kompletně zrekonstruován.
Přednášky se konají na obvyklém místě v budově Matematicko-fyzikální fakulty UK v Troji, V Holešovičkách 747/2, Praha 8 (doprava: stanice linky C metra „Nádraží Holešovice“ a pak první zastávka „Pelc Tyrolka“ autobusem č. 112 nebo druhá „Kuchyňka“ autobusem č. 201 nebo – hned za mostem přes Vltavu ) ve velké posluchárně číslo T2 v přízemí atriového objektu „T“, vždy ve čtvrtek od 18:00.
