Проверили мяту после сушки.
Часть листьев мы разложили ещё довольно мокрыми. А поскольку нас несколько дней не было дома и переворачивать их было некому, некоторые начали частично ферментироваться.

Эти листья выбросили.

Зато стало понятно, что к следующему сезону нужен нормальный поддон для сушки — такой, чтобы воздух спокойно проходил и снизу, и сверху. Просто разложить листья на поверхности и уехать оказалось не лучшей технологией.

Заодно обнаружилась ещё одна особенность разных сортов.

Перед сушкой мяту мы споласкивали в воде. Но когда высохшие листья начали собирать в пакеты, на стол посыпался мелкий песок.

Особенно много его осталось на сортах с сильно опушёнными листьями. Ворсинки прекрасно удерживают землю даже после промывки.

Все такие сорта отдельно пометили.

Для пива их логичнее сначала пускать в спиртовые инфузы: настой потом можно профильтровать, и вместе с листьями в пиво не отправится всё то, что они успели собрать на грядке.

А вот сорта с гладким листом в этом плане оказались гораздо удобнее. Их уже можно рассматривать для добавления непосредственно в пиво, в том числе на этапе сухого охмеления.

Получается, постепенно появляется ещё один критерий отбора наших 59 сортов.
Не только вкус, аромат, урожайность и способность разрастаться.

Теперь ещё и насколько удобно с этим сортом работать после сбора.

А тем временем всю неделю обещают дожди разной степени интенсивности.
В одном месте крыша ещё не закончена, и вода попадала внутрь. Рабочие закрыли этот участок агротекстилем аж в три слоя, но от дождя он, как выяснилось, защищает примерно так, как и должен защищать агротекстиль.

То есть не защищает.

Заменили его обычным полиэтиленом.
Крыша перестала течь.

И в доме сразу как-то стало спокойнее.

Как ауксетики меняют медицину, военное дело и строительство

16 октября прошел студенческий пресс-тур в Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН, организованный порталом «Научная Россия». В ходе мероприятия заведующий лаборатории новых материалов и технологий доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН Дмитрий Сергеевич Лисовенко рассказал о материалах с отрицательным коэффициентом Пуассона, о том, как физическая теория помогает «лечить» трещины в напечатанных деталях, и о неожиданных открытиях на стыке механики, биологии и истории.

Материалы, которые ведут себя «наоборот»

«Мы занимаемся как классическими задачами, так и неклассическими», — начал свое повествование Дмитрий Лисовенко. Если тянуть обычный материал, то его поперечное сечение сжимается. Но существуют материалы, которые ведут себя противоположным образом: при растяжении они расширяются. Их называют ауксетиками, или материалами с отрицательным коэффициентом Пуассона».

Долгое время в науке обсуждались только классические материалы, а ауксетические материалы стали активно изучать лишь в последние 20–30 лет. У ауксетиков есть еще два важных свойства: они иначе изгибаются и сильнее сопротивляются проникновению посторонних объектов по сравнению с классическими материалами.

«Если на обычный, неауксетический материал давить иглой, он растекается, и образуется лунка или дырка. Ауксетики же при давлении, наоборот, стекаются, сжимаются», — пояснил Дмитрий Сергееевич. — Это открывает перспективы для защитных решений — например, для батарей или бронезащиты, хотя для пуль это сложно. Среди идей — медицинский матрас, предотвращающий пролежни, и «растущая» одежда для детей: штаны, которые растягиваются по мере роста ребёнка».

Конструируем свойства, которых нет в природе

Лаборатория новых материалов и технологий ИПМех РАН создает метаматериалы с ауксетическими свойствами. Это материалы, которые конструируют искусственно, чтобы придать им свойства, не встречающиеся в природе. Обычный правильный шестиугольник при растяжении сжимается; чтобы получить обратный эффект, его преобразуют в вогнутый шестиугольник, которыйпри растяжении превращается в прямоугольник и в поперечном сечении расширяется. Структуры можно усложнять, учитывая хиральность — подобие правой и левой руки, когда объекты похожи, но не совмещаются.

«Хиральность, то бишь свойство объекта быть несовместимым со своим зеркальным отражением любой комбинацией вращений и перемещений в трёхмерном пространстве, важна и в фармакологии. Лекарства с разной хиральностью могут подходить или не подходить разным людям», — отметил Дмитрий Лисовенко.

Еще один тип материалов, интересных для исследования — композиты, где при растяжении по одной оси волокна поджимаются, создавая «прошивание» по другой. Третий — кристаллические материалы без дефектов. Лаборатория новых материалов и технологий ИПМех РАН внесла существенный вклад в исследование кристаллических ауксетиков: публикации по этой теме со всего мира часто приходят к ним на рецензирование. По таблице Д.И. Менделеева примерно четверть материалов может проявлять такие свойства.

«В прикладной науке недостаточно красивой формулы — нужна простая модель, которую можно объяснить на пальцах». Для некоторых материалов, проявляющих ауксетические свойства, такой моделью оказался «конфетный фантик»: если тянуть закрученную конфету, она сжимается, а если раскручивать — расширяется», - привел образный пример доктор физико-математических наук.

Нанотрубки задолго до нанотехнологий

Практически весь мир связывает открытие углеродных нанотрубок с 1991 годом, но советскими учеными они были получены ещё в 1952 году — за 40 лет раньше. Их описали физико-химики Леонид Викторович Радушкевич и Всеволод Михайлович Лукьянович. Они опубликовали статью «О структуре углерода, образующегося при термическом разложении окиси углерода на железном контакте» в «Журнале физической химии». В работе были представлены 12 фотографий, сделанных с помощью просвечивающего электронного микроскопа, на которых видны скопления нитевидных частиц. Эти изображения считаются первыми в мире электронно-микроскопическими изображениями многостенных углеродных нанотрубок. Тогда не было понятия нанотехнологий, и их называли «червеобразной формой» или «углеродным червяком». Применения в 1952 году новому материалу не нашлось, работы были опубликованы и забыты.

Исследователи из лаборатории новых материалов и технологий ИПМех РАН описывали упругие свойства углеродных нанотрубок: один сотрудник заменял химические связи стерженьками, другой - развивал модель полого цилиндрического стержня. Оказалось, что углеродные нанотрубки тоже могут обладать отрицательным коэффициентом Пуассона, причём, у толстых трубок поведение меняется. Это важно для композитов: одни авторы сообщают об улучшении свойств материалов при добавлении в их состав нанотрубок, другие — об ухудшении, и толщина трубки может быть одной из причин изменения свойств материала, в который они добавляются.

Эксперимент и теория: только вместе

В современной науке недостаточно быть только теоретиком или только экспериментатором — нужно совмещать оба подхода.

«Раньше, ещё 30–40 лет назад, надо было выбирать какую-то одну специализацию. В современном мире надо совмещать минимум два направления, надо постоянно совершенствоваться, — подчеркнул Дмитрий Лисовенко. — Наша лаборатория следует принципу: теоретические предсказания всегда подтверждаются численными или натурными экспериментам».

Отличное от привычного поведение материалов-ауксетиков при пробивании навело ученых на мысль об их применении в защитных конструкциях. Уникальность ауксетиков проявилась и в том, что при ударе поражающий элемент почти не проникает внутрь материала — энергия перераспределяется по всей поверхности. Например, человек в бронежилете из ауксетического материала получит не глубокую травму, а большой синяк.

«Удар расходится как волна от брошенного камня, только волна распространяется достаточно широко, а камень внутрь почти не проникает», - поделился Дмитрий Сергеевич.

Стенты, авиалопатки и высокие температуры

Нашлось ауксетикам применение и в медицине. Поскольку материал сильно расширяется при растяжении, из него были сделаны кардиоваскулярные стенты, причём, биодеградируемые или биоразлагаемые.

«Мы не только испытываем формулы, но иногда и работаем дизайнерами, — пошутил Дмитрий Лисовенко. — Прямые элементы шестиугольника заменили на криволинейные синусоидальные. Прототипы изготовили на 5-фемтосекундном лазере, испытания проводили в ванночке при 37 градусах под давлением: стент раскрывался лучше изделия из неауксетических материалов более, чем в два раза, что способствовало ускоренному восстановлению гемодинамики (кровотока)».

Еще одно направление деятельности лаборатории новых материалов и технологий — исследование механических свойств материалов для лопаток турбины от реактивного двигателя, работающих при температуре до 1200 градусов. Построить единую теорию для такого материала нереально: приходится исследовать его поэтапно.

«В изготовлении лопаток развитие шло через несколько поколений: сначала зерновая структура, потом пластинчатая, а сейчас монокристаллы. На монокристалле никелевого жаропрочного сплава исследования показали, что ауксетики действительно по-другому изгибается», - сообщил эксперт.

Задача исследования механического поведения материалов осложняется климатическими условиями нашей страны, где копировать решения иностранных ученых зачастую иррационально.

«У нас перепады от минус 50 до плюс 50, чего нет в других странах. То есть нам надо учитывать и повышенную хрупкость материалов, и экстремально низкие, и очень высокие температуры», — сказал Дмитрий Лисовенко.

Лаборатория новых материалов и технологий знаменита не только работой с отрицательным коэффициентом Пуассона, но и работой с отрицательной ползучести: стержень при растяжении вместо удлинения со временем начинает укорачиваться. Этот эффект показан при температурах вблизи 1000 градусов, а при комнатной температуре не наблюдается.

«Дьявол» кроется в деталях?

«Залечить» трещины в металле? Не вопрос! В современном мире многое изготавливается на 3D-принтерах, и в напечатанных деталях очень много дефектов.

«Берут сталь AISI 316L и обрабатывают высокоэнергетическим электроимпульсом — очень коротким, практически мгновенным», — пояснил Д. Лисовенко. Для стали 316L расчёт показывает необходимость 33 электроимпульсных ударов, причём энергия должна каждый раз возрастать: при малых энергиях залечиваются кончики трещин, затем - более глубокие области, на снимках они маркируются цветом, и в итоге дефект становится более округлым. Необработанные дефекты выглядят при большом увеличении пугающе: с острыми иглами и трещинами, а после обработки проблемные места исчезают».

Изготовление протезов и борьба с аневризмой

Ещё одно направление лабораторных работ — биомеханика. Дмитрий Лисовенко развенчал популярный миф: сидеть с ложкой мёда и ждать нормализации кровотока за счет его поедания бесполезно.

«Иногда атеросклеротические бляшки устроены так, что с одной стороны в них заходит кровоток, а с другой они закрыты и открываются только под кровеносным давлением. Питание и регулирование кровотока важны с молодого возраста, но мед не панацея от повышенного холестерина», — сказал он.

Лаборатория новых материалов и технологий рассматривала задачу разрыва брюшной аневризмы с принципиально новых позиций. Если в парадигме классической гидродинамики кровоток изучали как течение воды в жёсткой трубе, теперь исследователи одновременно учитывают и движение крови, и то, что стенки сосуда «дышат», т.е. применяются FSI-модели (Fluid Structure Interaction).

«Это довольно сложно, потому что там разные расчетные сетки, необходимо компьютер настроить для жидкости, для стенки, сопоставить параметры», — отметил Дмитрий Лисовенко. — На 2D-модели смотрели, как меняются динамическая вязкость и давление, затем стали составлять рекомендации для врачей. Наша лаборатория взаимодействует с одним из хирургических центров, но точных универсальных предсказаний по развитию болезни и прогнозам выздоровления дать нельзя — у каждого человека всё индивидуально».

В биомеханике сложно построить универсальную формулу и рассчитать всё теоретически, поэтому ученые используют связку из двух методов. Сначала компьютерные модели подсказывают возможные сценарии, а затем проводятся натурные эксперименты для их проверки.

В лаборатории этот процесс выглядит так: в стеклянную модель сосуда заливают водно-глицериновую жидкость, а её движение подсвечивают «световым ножом» — очень узким плоским лучом. Так исследователи визуализируют, как движется жидкость при аневризме.

Эксперименты показывают критическую роль закреплений. На примере численной модели в зонах, где динамическая вязкость (визуализированная красным цветом) максимальна, кровь почти не течёт. Там начинает скапливаться тромботическая масса. Со временем она накапливается, внутреннее давление растёт, стенка сосуда утончается, что в итоге приводит к разрыву. Главное отличие такой лаборатории от других — она привносит в модель реальные дефекты: учитывает не только вязкость, но и наличие тромбов, а также износ стенки.  

От биоматериалов до куполов

Дмитрий Сергеевич Лисовенко поднял важную проблему: стандартов по определению механических свойств биоматериалов практически нет.

«В научном мире испытания проводят каждый, как умеет, в зависимости от эксперимента», — отметил он. — В прошлом году было доказано, что для получения точных данных отношение длины образца к его поперечному сечению должно составлять примерно 1 к 5 (как и для обычных конструкционных материалов). Если брать маленькие кубики, значения прочности получаются заниженными. Это имеет прямое практическое значение для протезирования. При осколочных ранениях осколок может войти в мышцы и вынести часть кости. Очень важно, на каких образцах тестировать биоматериалы, чтобы правильно подобрать человеку соответствующий протез».

Одна из задач коллектива физиков ИПМех РАН — поиск формы оптимального купола. Например, дано здание с круглым основанием, на которое нужно поставить купол известной высоты и объёма.

«Конструкция находится под действием собственного веса, и наложено условие прочности: трещины появляться не должны. Требуется найти форму с минимальным весом. Вторая задача усложняется дополнительным условием, учитывающим специфику нашей страны – снеговой нагрузкой. Когда коллеги получили решение, они долго не могли прийти в себя: оказалось, что оптимальный купол — без «мыши» (отверстия в вершине). Этот парадоксальный вывод был опубликован около десяти лет назад в «International Journal of Fracture». Выяснилось, что предки тысячу-две тысячи лет назад уже строили именно такие купола, хотя не обладали современным математическим аппаратом», - заключил Дмитрий Лисовенко.

В финале лекции доктор физико-математических наук привёл два образа, иллюстрирующих единство науки и искусства: благодарность физика Томаса Кинга своему учителю за открытие «прекрасного мира теории упругости анизотропного тела». При работе с реальными кристаллическими материалами понимание анизотропии и симметрии становится ключевым, а также лестницу и картины Морица Эшера, нидерландского художника-графика, апологета симметрии, характерной для кристаллографии.

Нанотрубки в разряде: другой ракурс

Современные исследования углеродных нанотрубок ведутся не только в ИПМех РАН. Свой вклад в эту тему вносит и Лаборатория углеродных наноматериалов Российского нового университета (РосНОУ), где работают ведущий научных сотрудник Вадим Аскерович Вагапов и завлаб Ольга Валентиновна Демичева. Здесь важно сразу оговориться: в РосНОУ не изучают ауксетические свойства материалов и отрицательный коэффициент Пуассона. Здесь в фокусе иное, но не менее перспективное направление — поведение многослойных углеродных нанотрубок в газовом разряде.

Вадим Аскерович и Ольга Валентиновна обнаружили эффект возникновения цилиндрических образований из насыпного слоя многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) марки ДЕАЛТОМ и их последующей стабилизации в середине межэлектродного пространства в условиях барьерного искрового газового разряда атмосферного давления. В экспериментах такие образования могли отрываться от поверхности порошка и «левитировать» между электродами, образуя вместе с искровыми промежутками отдельный вертикальный разрядный столб. При росте тока многочисленные разряды могли вырождаться в одиночный столб с цилиндрическим образованием МУНТ посередине.

Механизм эффекта связывают с необычным сочетанием свойств нанотрубок: высоким контактным сопротивлением в агломератах и низким сопротивлением отдельных МУНТ, их автоэмиссионной способностью, собственной ёмкостью и малой удельной плотностью. Вертикальная стабилизация объясняется отрицательной обратной связью за счёт разности токов «входящего» и «исходящего» разряда, а горизонтальная — действием силы Лоренца — Ампера и, предположительно, поляризацией агломератов с образованием дипольных цепочек. Практический интерес здесь связан с возможностью макро- и микротранспорта нанотрубок в разряде под управлением магнитного поля; дальнейшие исследования должны уточнить поведение эффекта в разных газах, при разных давлениях и в вакууме, а также резонансные явления и взаимодействие плазмы с МУНТ.

Благодаря исследованиям РосНОУ, материаловедческая картина становится шире. Рядом с ауксетиками и метаматериалами с отрицательной ползучестью существуют и другие «неклассические» объекты — например, нанотрубки, которые в газовом разряде ведут себя как управляемые микро- и макроструктуры. Это ещё один пример того, что будущее технологий связано не с копированием природы, а с конструированием новых физических эффектов на микроуровне.

Вместо послесловия

История, рассказанная Дмитрием Сергеевичем Лисовенко, демонстрирует фундаментальный сдвиг в современной инженерной и фундаментальной науке. Главный закономерный вывод заключается в том, что будущее технологий лежит не в слепом копировании природы, а в осознанном конструировании новых физических законов на микроуровне.

Материалы с отрицательным коэффициентом Пуассона (ауксетики) и метаматериалы с отрицательной ползучестью — это не просто курьезы физики, а инструменты, позволяющие решать задачи, которые вчера считались неразрешимыми. Мы видим, как теоретическая механика напрямую спасает жизни: от биодеградируемых стентов, раскрывающихся вдвое лучше классических, до бронежилетов, превращающих смертельное проникающее ранение в обширный, но неопасный синяк.

При этом доклад Лисовенко убедительно доказывает, что никакая, даже самая совершенная математическая модель не работает в отрыве от реальности. Компьютерные симуляции аневризмы или расчет оптимальной формы купола требуют обязательной верификации натурным экспериментом. Только привнося в модель реальные дефекты — тромботическую массу, микротрещины от 3D-печати или экстремальные перепады температур от минус 50 до плюс 50, свойственные нашей стране, — ученые получают результат, применимый на практике.

Символичным и закономерным итогом становится исторический экскурс: открытие углеродных нанотрубок в 1952 году советскими учеными и интуитивное строительство идеальных куполов без «мыши» нашими предками. Это напоминает о том, что Россия исторически находится на переднем крае материаловедческих открытий.

В конечном счете, рассказ Дмитрия Сергеевича стирает границы между дисциплинами. Физика помогает фармакологии через изучение хиральности, механика объясняет работу кардиостимуляторов, а кристаллография находит общий язык с графикой Эшера. Наука перестает быть набором разрозненных формул и снова становится единым инструментом познания, где асимметрия картины и симметрия кристалла — лишь разные грани одной истины. Главный урок для нового поколения инженеров прост: чтобы двигать прогресс, нужно не бояться нарушать привычные законы, но при этом всегда проверять свои смелые гипотезы строгим языком эксперимента.

При этом важно видеть всю широту материаловедческого поиска: пока в ИПМех РАН развивают ауксетики и метаматериалы, в РосНОУ Ольга Демичева и Вадим Вагапов исследуют нанотрубки в барьерном искровом разряде — направление иное, но не менее перспективное. Общий вывод от этого только усиливается: прорыв рождается там, где теория, эксперимент и неожиданные свойства материалов встречаются вместе.

Автор – Алена Юрченко, фото Елены Либрик/портал «Научная Россия».

Исследователи из Токийского университета вырастили живую человеческую кожу прямо на роботизированном пальце, создав гибкое тканевое покрытие, которое при движении суставов образует естественные складки.

Кожа, состоящая из человеческих фибробластов, кератиноцитов и коллагена, также продемонстрировала способность к биологическому заживлению ран: благодаря коллагеновому трансплантату порез затянулся в течение семи дней.

В будущем это достижение может позволить создавать биогибридных роботов и протезы конечностей, способные к самовосстановлению, хотя на данный момент для поддержания жизнеспособности ткани необходима влажная питательная среда.

Следующая задача — разработка микроскопических кровеносных сосудов, которые позволили бы коже существовать в условиях открытого воздуха: https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00225.html

Ученые вырастили живую человеческую кожу вокруг роботизированного пальца. Это достижение приближает нас — пусть пока лишь на небольшой шаг — к созданию киборгов, подобных Терминатору: https://www.sciencenews.org/article/robotic-finger-human-ski...

Видео: https://www.youtube.com/watch?v=DMDDKx0JiII

Результаты исследования: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S259023852...