To motyw znany z dziesiątek filmów SF: od "Gwiezdnych wojen” przez "Star Treka” po "Piąty element”: bohaterowie chcą uciec, ale psuje im się statek i do jego naprawy potrzebują jednej części. Albo chcą coś zbudować i mają wszystko poza jednym elementem. Jak się okazuje, takie historie zdarzają się nie tylko w kinowych produkcjach, lecz także w rzeczywistości.
Reklama
Tak było w przypadku pompy wspomagającej pracę serca, nad którą parę lat temu pracowali inżynierowie z Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii im. prof. Zbigniewa Religi w Zabrzu. Mieli problem z jednym z elementów, który jest wykonany z materiału o właściwościach magnetycznych: był tak kruchy w obróbce, że się rozsypywał. Wtedy zwrócili się do ówczesnego Instytutu Metali Nieżelaznych w Gliwicach, obecnie należącego do Sieci Badawczej Łukasiewicz (Łukasiewicz - IMN). – Lubię mówić, że dostarczyliśmy im serce dla serca, bo tak jak pompa wspomaga działanie tego narządu, tak element, który wykonaliśmy, stanowi serce napędu pompy – mówi dr hab. Aleksandra Kolano-Burian z Łukasiewicz - IMN.

A jednak się kręci

Ów element to rdzeń magnetyczny - część, z której składa się silnik elektryczny. Bez wchodzenia w szczegóły jest jednym z dwóch źródeł pola magnetycznego, bez którego silnik nie będzie działał (jeśli w głowie kołacze wam teraz fraza "przepływ prądu powoduje powstawanie pola magnetycznego", to trop jest właściwy). Rdzeń jest elementem statora, zwanego również stojanem – części nieruchomej silnika (w odróżnieniu od rotora, inaczej wirnika, który jest ruchomy). Wprawienie w ruch wirnika pompy jest efektem oddziaływania pól magnetycznych w statorze i rotorze.
Im lepsze parametry będzie miał materiał, z którego wykonany jest rdzeń statora, tym wyższa będzie sprawność silnika. Ponadto mniejsze straty mocy w rdzeniu przełożą się na słabsze nagrzewanie się - niebagatelna sprawa w urządzeniu, które jest przeznaczone do pracy wewnątrz ludzkiego ciała.

Ale naukowcy z Łukasiewicza - IMN postanowili wyciągnąć jeszcze jednego asa z rękawa – zaproponowali stop, dzięki któremu rdzeń jest bardzo lekki. Nie stanowiło to dla nich problemu, ponieważ są jednym z większych ośrodków w kraju, który zajmuje się opracowywaniem i wytwarzaniem takich materiałów. Cała konstrukcja zamyka się dzięki temu w objętości podobnej do pomidora i waży zaledwie 130 g.

Właściwie to naukowcy z Łukasiewicza - IMN zaproponowali kardiologom dwa różne stopy. Jeden z nich to stop żelaza, krzemu (to standardowa kombinacja, jeśli chodzi o materiały o właściwościach magnetycznych) i boru. Jeszcze lepsze parametry udało się uzyskać w przypadku stopu żelaza, miedzi, krzemu, boru oraz niobu. W obydwu przypadkach mają one postać bardzo cienkiej taśmy.

Aż się kręci w stopie

Elementy rdzenia wykonane są z metalowej tasiemki o grubości 25 mikrometrów, czyli w dolnej granicy grubości ludzkiego włosa – tłumaczy dr hab. Kolano-Burian. Sama produkcja tasiemki to prawdziwy majstersztyk. Wytwarza się ją metodą melt-spinningu. Wygląda to spektakularnie: stop na bazie żelaza po stopieniu wypływa z tygla na bardzo szybko obracający się bęben - około tysiąca obrotów na minutę – skutkiem czego powstaje metalowa wstążka: z dwóch kilogramów stopu powstaje ponad osiem kilometrów taśmy - wyjaśnia dr hab. Kolano-Burian.
Następnym etapem jest jubilerska wręcz robota: precyzyjna obróbka z wykorzystaniem techniki laserowej do wycinania odpowiednich kształtów biegunów rdzenia magnetycznego. Efekt – gotowe pompy - znajdują się obecnie na etapie badań z udziałem zwierząt (owiec), niezbędnych, aby doszło do dalszej certyfikacji urządzeń.
Cały ten know-how nadaje się jednak nie tylko do zastosowania w produkcji urządzeń medycznych. Trudno właściwie znaleźć w technice miejsce, gdzie nie ma zapotrzebowania na magnesy lżejsze, cieńsze i o lepszych właściwościach. Doktor Kolano-Burian mówi, że sztandarowym przykładem są chociażby drony, gdzie potrzebne są silniki elektryczne o małej mocy, ale za to pracujące na bardzo wysokich obrotach.

Eureka! DGP

Trwa ósma edycja konkursu "Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki", do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 18 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej. Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi na specjalnej gali 23 czerwca, zaś podsumowanie tegorocznego cyklu ukaże się 25 czerwca w Magazynie DGP. Główną nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej), ufundowana przez organizatora