Επαναστατικό υλικό φέρνει πιο κοντά τα «αβύθιστα» πλοία – Πώς λειτουργεί η νέα τεχνολογία

Η ιδέα ενός πλοίου που δεν βυθίζεται ποτέ ανήκε για δεκαετίες περισσότερο στη σφαίρα της φαντασίας παρά της μηχανικής. Σήμερα, όμως, η επιστήμη των υλικών φέρνει αυτή την προοπτική ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματικότητα.

Ερευνητές ανέπτυξαν μεταλλικές δομές που παραμένουν πλωτές ακόμη και όταν έχουν υποστεί σημαντικές ζημιές, αξιοποιώντας φυσικές ιδιότητες επιφανειών που απωθούν το νερό και παγιδεύουν αέρα.

Η εξέλιξη αυτή δεν αφορά ένα «μαγικό» υλικό, αλλά έναν νέο τρόπο επεξεργασίας συνηθισμένων μετάλλων ώστε να αποκτούν εξαιρετικά υδροφοβική συμπεριφορά. Το αποτέλεσμα είναι εντυπωσιακό: μεταλλικοί σωλήνες που συνεχίζουν να επιπλέουν ακόμη και όταν έχουν τρυπηθεί.

🎧 Δείτε ή ακούστε την ανάλυση σε μορφή video

Πώς λειτουργεί η τεχνολογία

Οι επιστήμονες επεξεργάζονται την επιφάνεια μεταλλικών σωλήνων σε μικρο- και νανοκλίμακα, δημιουργώντας μια δομή που απωθεί το νερό και συγκρατεί αέρα στο εσωτερικό της. Όταν ο σωλήνας βρεθεί μέσα στο νερό, η επιφάνειά του δεν επιτρέπει στο υγρό να εισχωρήσει εύκολα. Αντίθετα, σχηματίζεται ένα σταθερό στρώμα παγιδευμένου αέρα που λειτουργεί σαν μόνιμο «μαξιλάρι πλευστότητας».

Ακόμα και με σοβαρές φθορές στο κύτος, το πλοίο διατηρεί άνωση χάρη σε καινοτόμα υλικά που απωθούν το νερό

Αυτό σημαίνει ότι ακόμη και αν το μέταλλο υποστεί φθορά ή δημιουργηθούν οπές, το νερό δεν γεμίζει τον εσωτερικό όγκο με τον συνηθισμένο τρόπο. Ο αέρας που παραμένει εγκλωβισμένος διατηρεί την άνωση και εμποδίζει τη βύθιση. Η προσέγγιση βασίζεται σε αρχές που παρατηρούνται και στη φύση, όπου ορισμένοι οργανισμοί επιβιώνουν στο νερό χάρη σε μικροσκοπικές δομές που παγιδεύουν αέρα στην επιφάνειά τους.

Σύμφωνα με δημοσιευμένα στοιχεία από πανεπιστημιακή ερευνητική ομάδα στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι δοκιμές έδειξαν ότι τέτοιοι σωλήνες παρέμειναν πλωτοί ακόμη και μετά από επανειλημμένες διατρήσεις, κάτι που ανατρέπει τα παραδοσιακά δεδομένα της πλευστότητας μεταλλικών κατασκευών (πηγή: https://www.rochester.edu/newscenter/unsinkable-metal-tubes-superhydrophobic-surfaces-691642/).

Τι αλλάζει για τη ναυπηγική

Η ναυπηγική βασίζεται διαχρονικά σε διαμερισματοποίηση, αντλίες και εφεδρικά συστήματα για να διατηρεί πλοία πλωτά σε περίπτωση ρήγματος. Η νέα τεχνολογία δεν αντικαθιστά απαραίτητα αυτές τις λύσεις, αλλά προσθέτει ένα επιπλέον επίπεδο παθητικής ασφάλειας.

Εάν τέτοιες δομές ενσωματωθούν σε κρίσιμα τμήματα ενός σκάφους, τότε ακόμη και μετά από σοβαρή ζημιά το πλοίο θα μπορούσε να διατηρεί σημαντικό μέρος της πλευστότητάς του. Αυτό δεν σημαίνει ότι τα πλοία θα γίνουν «αβύθιστα» με απόλυτη έννοια, αλλά ότι θα αποκτήσουν πολύ μεγαλύτερη ανθεκτικότητα σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης.

Από το εργαστήριο στη βιομηχανία

Η έρευνα βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο. Οι επιστήμονες πρέπει να αποδείξουν ότι η τεχνική μπορεί να εφαρμοστεί σε μεγάλες επιφάνειες, σε πραγματικές συνθήκες θάλασσας και σε βάθος χρόνου. Παράλληλα, η βιομηχανία θα εξετάσει το κόστος, τη μακροχρόνια αντοχή και τη συντήρηση τέτοιων επιφανειών.

Παρόλα αυτά, το γεγονός ότι η τεχνολογία βασίζεται σε συμβατικά μέταλλα και όχι σε σπάνια ή εξωτικά υλικά αυξάνει τις πιθανότητες μελλοντικής εφαρμογής. Η ιδέα δεν περιορίζεται μόνο στα πλοία. Θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε πλωτές πλατφόρμες, θαλάσσιες κατασκευές, ακόμη και σε εξοπλισμό διάσωσης.

Τι σημαίνει για την ασφάλεια στη θάλασσα

Κάθε τεχνολογία που μειώνει τον κίνδυνο βύθισης έχει άμεσο αντίκτυπο στην ασφάλεια επιβατών και πληρωμάτων. Σε περιπτώσεις σύγκρουσης, πρόσκρουσης ή ρήγματος από κακοκαιρία, μια δομή που διατηρεί άνωση δίνει πολύτιμο χρόνο για εκκένωση και επέμβαση.

Η εξέλιξη αυτή δείχνει ότι η επιστήμη των υλικών παίζει ολοένα και πιο καθοριστικό ρόλο στη ναυτιλία. Αν τα επόμενα χρόνια η τεχνολογία εξελιχθεί και περάσει σε βιομηχανική κλίμακα, τότε ο τρόπος που σχεδιάζονται τα πλοία μπορεί να αλλάξει ριζικά.

Ποιες προκλήσεις πρέπει να ξεπεραστούν

Παρότι τα εργαστηριακά αποτελέσματα είναι εντυπωσιακά, η μετάβαση από μικρές μεταλλικές δομές σε ολόκληρα πλοία δεν είναι απλή υπόθεση. Οι επιστήμονες καλούνται να αποδείξουν ότι η υπερυδρόφοβη επιφάνεια μπορεί να διατηρήσει τις ιδιότητές της σε πραγματικές θαλάσσιες συνθήκες: αλμυρό νερό, μηχανική καταπόνηση, μικροοργανισμούς και διαβρωτικά περιβάλλοντα.

Η θάλασσα αποτελεί ένα από τα πιο σκληρά περιβάλλοντα για τα υλικά. Ακόμη και μικρές αλλοιώσεις στην επιφάνεια ενός μετάλλου μπορεί να αλλάξουν τη συμπεριφορά του στο νερό. Γι’ αυτό, οι επόμενες φάσεις έρευνας επικεντρώνονται στη μακροχρόνια αντοχή, στη φθορά από κύματα και στην επίδραση των επικαθίσεων, όπως άλγη και μικροοργανισμοί.

Μπορεί να εφαρμοστεί σε ολόκληρα πλοία;

Η πιο ρεαλιστική προσέγγιση δεν είναι η κατασκευή ενός ολόκληρου «αβύθιστου» πλοίου, αλλά η ενσωμάτωση τέτοιων υλικών σε κρίσιμα τμήματα της δομής. Για παράδειγμα, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε εξωτερικά τμήματα του κύτους, σε εσωτερικά πλωτά διαμερίσματα ή σε κατασκευές που λειτουργούν ως εφεδρική άνωση σε περίπτωση ρήγματος.

Με αυτόν τον τρόπο, ακόμη και αν το πλοίο υποστεί σοβαρή ζημιά, μέρος της δομής του θα συνεχίσει να διατηρεί αέρα και πλευστότητα, μειώνοντας τον κίνδυνο ταχείας βύθισης. Η τεχνολογία λειτουργεί ως ένα επιπλέον επίπεδο παθητικής ασφάλειας, δίνοντας χρόνο για αντίδραση, εκκένωση και διάσωση.

Επιπτώσεις στην ασφάλεια των θαλάσσιων μεταφορών

Η ιστορία της ναυσιπλοΐας έχει δείξει ότι τα μεγαλύτερα ατυχήματα προκύπτουν όταν πολλαπλά συστήματα αποτυγχάνουν ταυτόχρονα. Υλικά που δεν επιτρέπουν στο νερό να εισχωρήσει εύκολα στο εσωτερικό μιας κατασκευής μπορούν να περιορίσουν τις συνέπειες μιας τέτοιας αλυσιδωτής αποτυχίας.

Σε πρακτικό επίπεδο, αυτό σημαίνει:

• περισσότερο χρόνο για διάσωση επιβατών

• μειωμένο κίνδυνο πλήρους απώλειας του σκάφους

• μεγαλύτερη ανθεκτικότητα σε σύγκρουση ή πρόσκρουση

Ακόμη και αν δεν εξαλειφθεί πλήρως ο κίνδυνος βύθισης, η επιβράδυνση της διαδικασίας μπορεί να αποδειχθεί καθοριστική για την ανθρώπινη ζωή.

Πέρα από τα πλοία: άλλες εφαρμογές

Η τεχνολογία αυτή δεν περιορίζεται αποκλειστικά στη ναυπηγική. Μεταλλικές δομές που παραμένουν πλωτές παρά τις φθορές θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν σε πλωτές πλατφόρμες, θαλάσσιους σταθμούς, εξοπλισμό διάσωσης ή ακόμη και σε υποδομές σε περιοχές που πλήττονται από πλημμύρες.

Η δυνατότητα ενός υλικού να διατηρεί άνωση ακόμη και όταν έχει υποστεί ζημιά αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο οι μηχανικοί σκέφτονται την ασφάλεια και τον σχεδιασμό σε περιβάλλοντα όπου το νερό αποτελεί διαρκή απειλή.

Τι να παρακολουθούμε τα επόμενα χρόνια

Το επόμενο βήμα για τους ερευνητές είναι η κλιμάκωση. Θα χρειαστούν δοκιμές σε μεγαλύτερες κατασκευές, σε πραγματικές συνθήκες θάλασσας και για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Παράλληλα, η βιομηχανία θα εξετάσει το κόστος παραγωγής και συντήρησης τέτοιων επιφανειών.

Αν τα αποτελέσματα παραμείνουν θετικά, η ναυπηγική του μέλλοντος μπορεί να περιλαμβάνει πλοία που δεν βασίζονται μόνο σε αντλίες και διαμερίσματα για να επιπλέουν, αλλά και σε υλικά που από τη φύση τους αντιστέκονται στη βύθιση.