NanoDemo pályázat: fődíjas a lótusz-effektusos labirintus-játék

A lótuszvirág levelének vízlepergető hatású nanoszerkezetét felhasználó labirintus-játék - Kárpáti Tamás és Fürjes Péter ötlete - nyerte az MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézete (MTA MFA) NanoDemo pályázatának fődíját. Az utóbbi évek egyik legdinamikusabban fejlődő területe a nanotechnológia, de a közvélemény alig rendelkezik megbízható ismeretekkel a technológia lehetőségeiről, korlátairól. Ezért írt ki januárban az MTA MFA ötletpályázatot olyan kísérleti eszközök megalkotására, amelyek szórakoztató és közérthető módon mutatnak be alapvető nanotechnológiai jelenségeket.

A nanotudomány és nanotechnológia a 100 nanométernél kisebb mérettartományba eső szerkezetekkel foglalkozik, ahol az anyagok tulajdonsága jelentősen eltér a megszokottól. 1 nanométer (nm) a méter egymilliárdod (10-9), a milliméter egymilliomod része (10-6). Ilyen kis méretek esetén a jelenségek vizsgálata, illetve alkalmazásuk már nem köthető kizárólagosan egyetlen tudományághoz – vagyis multidiszciplináris területről van szó. A nanotechnológia megértése és hasznosítása igényli a fizika, kémia, biológia, informatika, valamint a mérnöki tudományok ismeretét. A nanotechnológia világszerte a legdinamikusabban fejlődő K+F és üzleti területté is vált, és hamarosan alapvetően befolyásolja majd mindennapi életünket. A nano-alkalmazásoktól többek között olyan területeken várhatunk megoldásokat, mint a környezetvédelem, energetika, egészségügy, vagy akár a szórakoztató elektronika.  Ennek bemutatására, népszerűsítésére hirdette meg az MTA MFA NanoDemo című ötletpályázatát, hogy az érdeklődők, elsősorban a fiatalok számára a technológiát közérthetően szemléltető, játékos eszközöket hozzanak létre. A legjobb ötleteket megvalósítják és a Csodák Palotája kiállításán, valamint egy mozgó interaktív nanotechnológiai kiállításon szeretnék bemutatni a nagyközönségnek.     

 

 

A NanoDemo pályázaton a zsűri elnöke Gyulai József akadémikus, az MTA Műszaki Tudományok Osztályának elnöke volt, tagjai: Balázs László (General Electric Magyarország); Dr. Beleznay Ferenc (MTA MFA); Egyed László (Csodák Palotája) és Härtlein Károly (BME-TTK) voltak. Az év elején meghirdetett pályázatra beérkezett pályaművek közül a zsűri egy fődíjas, hat ötletdíjas és egy ifjúsági díjas munkát emelt ki.

 

 

A fődíjat elnyerő páros, Kárpáti Tamás és Fürjes Péter BIOMIMETIKA nevű ötlete az úgynevezett Lótusz-effektus demonstrálásán alapul. A vízinövény levele speciális nanoszerkezetű felületének köszönhetően pergeti le magáról a vizet. Ezt a szerkezetet alakítanák ki és építenék be az ötletgazdák egy hagyományos labirintus játékba. A kísérletező vizet cseppent a labirintus kiindulási pontjára, majd terelgeti a cseppet a útvesztőben. Mivel a víztaszító felületet a vízcsepp nem nedvesíti, ezen a területen a vizet golyó formában lehet görgetni. Amint a vízcsepp elhagyja a megmunkált felületet, elterül a felületen, ami egyben a játék végét jelenti. Tehát a nano- jelenséget felhasználva a játék során a vízcseppet használják golyóként.

A biomimikri vagy biomimetika (a görög bios = élet és mimézis = utánzás szóból) olyan tudományág, amely a biológiát és a mérnöki tudományt hivatott egyesíteni. Fő célja, hogy az élőlények felépítését és mechanizmusait gyakorlati szinten megvalósítsák mesterséges anyagokban, gépekben, mintegy lemásolva az evolúció által évmilliókig tökéletesített természetes szervezeteket.

 

 

A lótusz-effektus oka egy különleges felületi struktúra, amelynél olyan kicsi az adhéziós erő, hogy már kis felületi feszültségű folyadékoknál is a folyadék belső kohéziós ereje mellett az adhéziós erők elhanyagolhatók és nem jön létre nedvesítés. A lótusznövény bőrszövetén (felületi rétegén) kb. 5-10 mikrométer magas és egymástól 10-15 mikrométer távolságra lévő apró dudorok találhatók, amelyek egy redős védőréteget alkotnak. A növény felületi struktúrája miatt lesz a víz nedvesítési peremszöge igen nagy, ami elérheti a 160 fokot is (szuperhidrofób). A vízcsepp és a levél közötti adhéziós erők olyan kicsik, hogy a víz könnyen lepereghet. A lótusz-effektus felléptének a feltétele tehát a mikro- és nanostrukturált (5-20 μm magas dudorok 5-50 μm távolságra), szuperhidrofób felületek léte. Ilyen mikrostrukturált felületek kialakítása mesterségesen is lehetséges, és a mikromechanikai technológiák segítségével szilícium alapanyagon demonstrálható.

A NanoDemo pályázat azért fontos, mert a természettudományos-műszaki tanulmányok népszerűtlensége következtében a szakemberhiány egyre aggasztóbb méreteket ölt hazánkban, holott világszerte ez a terület a gazdasági fejlődés fő motorja. Játékos, interaktív módon pedig könnyebben tehető vonzóvá még egy komplex tudományág is. - fogalmazott Dr. Bársony István professzor, az MTA MFA igazgatója, majd hozzátette: Bár a Nemzeti Innovációs Hivatal elődje, az NKTH tavaly év végén támogatási szerződést kötött az MTA MFA-val az országot beutazó mobil nanotechnológiai kiállítás, mint a magyar EU elnökséghez kapcsolódó szakmai rendezvény megvalósítására, a szerződés szerint járó összeg (13,5 millió forint) átutalása hónapok óta késik. Így az intézet kénytelen volt ezt a pályázatot is saját szűkös költségvetéséből finanszírozni. A hasonlóan megítélt szerződésekben lekötött pályázati támogatási pénzek - esetenként már egy éves - csúszásban lévő kifizetése egyébként számos fejlesztőt veszélyeztet.

 

 

A nyertes pályaművek

Fődíj:

• Kárpáti Tamás és Fürjes Péter: BIOMIMETIKA: Lótusz-effektus demonstrálása

Ötletdíjak:

• Verő Balázs, Bodnár Viktória, Nagy Gábor: Könyöksajtolás útján a nanovilágba
• Hábel Ervin, Zsigó Zsolt: Házi készítésű atomerő mikroszkóp modell (AFM)
• Kertész Krisztián: Pásztázószondás mikroszkópok működésének bemutatása modell segítségével
• Piszter Gábor, Kertész Krisztián, Vértesy Zsófia: Lepkeszárnyon előforduló fotonikus nanoszerkezetek bemutatása
• Osváth-G. Péter, Katona Géza: Kalandozás a Nanovilágban
• Kónya Zoltán, Kukovecz Ákos, Sápi András: Egyszerű kísérletek ezüst nanorészecskékkel

Ifjúsági díj:     

• Ferenc Kata: A Brown-mozgás bemutatása és modellezése

További információk
Email: info/kukac/mfa.kfki.hu
Kárpáti Tamás és Fürjes Péter:  A Lótusz-effektus demonstrálása

Kárpáti Tamás
MTA MFA Mikrotechnológiai Osztály, MEMS LAB
karpati/kukac/mta.kfki.hu

Fürjes Péter
MTA MFA Mikrotechnológiai Osztály, MEMS LAB
furjes/kukac/mta.kfki.hu