«Δεν υπάρχει κάποια Μούσα που να μας εμπνέει. Βλέπεις το πρόβλημα που υπάρχει γύρω σου και θέτεις το ερώτημα: “μπορώ να το λύσω με την Επιστήμη που έχω στα χέρια μου; Άλλες ιδέες έρχονται ξαφνικά. Δουλεύουμε κάτι στο εργαστήριο και προκύπτει κάποιο φαινόμενο που δεν το έχουμε ξαναδεί…», αυτά μου λέει από τη Ζυρίχη καθισμένος μπροστά στην οθόνη του υπολογιστή ο Καθηγητής Θερμοδυναμικής Δήμος Πουλικάκος με αφορμή το καινούργιο επίτευγμα της ερευνητικής του ομάδας στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας (ΕΤΗ) της Ζυρίχης.
Ο ίδιος από το 1996 ηγείται του Εργαστηρίου Θερμοδυναμικής στις Αναδυόμενες Τεχνολογίες στο ΕΤΗ, το οποίο ίδρυσε όταν μετακινήθηκε από το Πανεπιστήμιο του Ιλινόις των ΗΠΑ στη Ζυρίχη. Η έρευνα στο Εργαστήριο επικεντρώνεται στη νανοτεχνολογία, στα φαινόμενα διεπιφανειακών μεταφορών και στη θερμοδυναμική και σε μία ευρεία γκάμα εφαρμογών σε μικρο- και νανο- κλίμακα, ενώ ο ίδιος θεωρείται παγκοσμίως αυθεντία στο επιστημονικό πεδίο όπου δραστηριοποιείται.
Ο Καθηγητής Θερμοδυναμικής Δήμος Πουλικάκος
Η έρευνα που δημοσίευσαν πρόσφατα στο nature nanotechnology ο καθηγητής και η ομάδα του αφορά μια νέα επίστρωση από νανοσωματίδια χρυσού ενσωματωμένα σε μη αγώγιμο οξείδιο του τιτανίου που αποτρέπει το θάμπωμα διαφανών επιφανειών θερμαίνοντάς τες αποκλειστικά με ηλιακό φως.
«Όποιος κάνει σκι, φοράει γυαλιά, χρησιμοποιεί κάμερα ή οδηγεί αυτοκίνητο είναι εξοικειωμένος με το πρόβλημα. Η επίστρωσή μας απορροφά την κοντινή στο ορατό φως υπέρυθρη ακτινοβολία μαζί με ένα μικρό εύρος του ορατού φωτός και τη μετατρέπει σε θερμότητα. Το υλικό θερμαίνει την διάφανη επιφάνεια κατά 3 έως 4 βαθμούς Κελσίου και αυτή η διαφορά θερμοκρασίας αποτρέπει το θάμπωμα», εξηγεί ο καθηγητής Πουλικάκος κάνοντας λόγο για παθητική θέρμανση, που δεν απαιτεί ξεχωριστή πηγή ενέργειας και εξηγώντας τι είναι αυτό που κάνει αυτή τη νέα επίστρωση επιφανειών τόσο ξεχωριστή: «Κανονικά, αυτές που απορροφούν το ηλιακό φως και το μετατρέπουν σε θερμότητα είναι οι σκοτεινές επιφάνειες. Εμείς πετυχαίνουμε το ίδιο σε διαφανείς επιφάνειες. Το ιδιαίτερο αυτής της επίστρωσης είναι ότι απορροφά επιλεκτικά την ηλιακή ακτινοβολία».
Ο καθηγητής Πουλικάκος και ομάδα του εργάζονται σε παθητικά θερμαινόμενες επιστρώσεις επιφανειών εδώ και αρκετά χρόνια. Πριν από τρία χρόνια δημοσίευσαν την πρώτη τους ερευνητική εργασία για μια επίστρωση χρυσού που εμπόδιζε τις διαφανείς επιφάνειες να θολώνουν. Η επίστρωση που παρουσίασαν τώρα είναι σαφώς πιο βελτιωμένη, αποτελείται από ένα μόνο νανοστρώμα χρυσού και είναι σημαντικά πιο λεπτή, γεγονός που την καθιστά πιο διαφανή και εύκαμπτη.
Ο χρυσός μπορεί να είναι ακριβός, αλλά οι ερευνητές τονίζουν ότι αυτή η νανο-επίστρωση απαιτεί ελάχιστη ποσότητα και έχει χαμηλό κόστος. Η επίστρωση περιλαμβάνει μικροσκοπικές, εξαιρετικά λεπτές συστοιχίες χρυσού τοποθετημένες ανάμεσα σε δύο εξαιρετικά λεπτά στρώματα οξειδίου του τιτανίου, που είναι ένα ηλεκτρικά μονωτικό υλικό. Λόγω των διαθλαστικών τους ιδιοτήτων αυτά τα δύο εξωτερικά στρώματα ενισχύουν την αποτελεσματικότητα του θερμαντικού φαινομένου. Επιπλέον, το ανώτερο στρώμα οξειδίου του τιτανίου λειτουργεί ως φινίρισμα που προστατεύει το στρώμα χρυσού από τη φθορά. Όλο αυτό το “σάντουιτς” έχει πάχος μόλις 10 νανόμετρα, είναι δηλαδή δώδεκα φορές πιο λεπτό από ένα κοινό φύλλο χρυσού.
Οι μέχρι τώρα δοκιμές έχουν δείξει ότι όταν οι θαμπωμένες επιφάνειες που φέρουν την επικάλυψη με νανοσωματίδια χρυσού και οξείδιο του τιτανίου εκτίθενται στο ηλιακό φως, ξεθαμπώνουν τέσσερις φορές πιο γρήγορα από τις επιφάνειες στις οποίες χρησιμοποιείται κάποιο αντιθαμβωτικό υλικό.
{https://www.youtube.com/watch?v=P3S5MzMrErs}
Από την έρευνα στο εργαστήριο στη δημιουργία προϊόντων
Σύμφωνα με τον καθηγητή, αυτή η καινοτόμα επίστρωση έχει μια τεράστια γκάμα πιθανών εφαρμογών, όπως παρμπρίζ αυτοκινήτων και καθρέφτες οπισθοπορείας, γυαλιά του σκι και μάσκες κατάδυσης, κ.ά. Η τεχνολογία έχει ήδη πατενταριστεί και οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα να τη φέρουν στην αγορά, σε συνεργασία με έναν εταίρο από τη βιομηχανία ή μέσω της δημιουργίας μιας spin-off.
Αυτή η νέα spin-off θα είναι η τρίτη που δημιουργείται από το Εργαστήριο Θερμοδυναμικής στις Αναδυόμενες Τεχνολογίες του ΕΤΗ, στο οποίο ηγείται ο διακεκριμένος Έλληνας ερευνητής. Η αμέσως προηγούμενη με την επωνυμία Scrona AG ειδικεύεται στην τεχνολογία inkjet εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης που βασίζεται στην ηλεκτροϋδροδυναμική εκτύπωση με έγχυση μελάνης, όπου εξαιρετικά μικρά σταγονίδια μεταλλικού μελανιού ανασύρονται από ένα γυάλινο τριχοειδές χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά πεδία. Το σύστημα εκτύπωσης νανο-ανάλυσης, που ονομάζεται NanoDrip, επιτρέπει την εύκολη εκτύπωση σύνθετων προϊόντων, όπως επίπεδες οθόνες ή μικροσυστοιχίες.
Η Scrona που προκάλεσε «θόρυβο» το 2015, σημειώνοντας ένα παγκόσμιο ρεκόρ Γκίνες για τη «μικρότερη έγχρωμη εικόνα ενός ψαριού 80 × 115 μικρομέτρων με εκτύπωση inkjet», ισχυρίζεται ότι είναι σε θέση να εκτυπώνει ψηφιακά το… αδύνατο, ταχύτερα και με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια από τις παραδοσιακές μεθόδους εκτύπωσης 3D, προσφέροντας ανάλυση έως και 100x.
«Σε μια συμβατική κεφαλή εκτύπωσης δημιουργείται μηχανική δύναμη ώθησης μέσα στο ακροφύσιο, πιέζεται δηλαδή η σταγόνα του μελανιού από πίσω για να βγει από το ακροφύσιο. Αν το ακροφύσιο είναι μικρό και η σταγόνα μεγάλη τότε η περισσότερη ενέργεια χάνεται λόγω της αντίστασης ιξώδους του υγρού. Αυτό όχι μόνο περιορίζει τα μικρότερα δυνατά μεγέθη ακροφυσίων αλλά επίσης περιορίζει τα σταγονίδια να έχουν το ίδιο μέγεθος με το ακροφύσιο. Αντίθετα στην ηλεκτροστατική εκτύπωση inkjet, τα σταγονίδια δεν ωθούνται στο εσωτερικό των λεπτών καναλιών ακροφυσίων τριχοειδούς τύπου, αλλά αντίθετα έλκονται από μια ηλεκτρική δύναμη εξωτερικά. Και μάλιστα δεν έλκεται ολόκληρη η σταγόνα αλλά η μύτη της, δηλ. ένα πολύ μικρό τμήμα της. Άρα με ένα μεγάλο ακροφύσιο μπορούμε να κάνουμε εκτύπωση με πάρα πολλές σταγόνες και μεγάλες ταχύτητες, ενδεικτικά 10.000 σταγόνες/sec », περιγράφει ο κ. Πουλικάκος.
Σύμφωνα με τον ίδιο για να εκτυπώσει κάποιος σε μεγάλη επιφάνεια χρειάζεται πολλά ακροφύσια το ένα δίπλα στο άλλο, κάτι που δεν γίνεται, οπότε ήρθε η εταιρεία και εφάρμοσε την τεχνολογία σε ένα τσιπ. Με άλλα λόγια, η Scrona ανέπτυξε αυτό που πλασάρει ως την «πρώτη κεφαλή εκτύπωσης πολλαπλών ακροφυσίων της βιομηχανίας που μπορεί να κλιμακωθεί σε 0,5 μm για 100 φορές υψηλότερη ανάλυση και 10 φορές μεγαλύτερη απόδοση» από τις προηγούμενες τεχνολογίες. Μάλιστα η εταιρεία έχει μέχρι στιγμής συγκεντρώσει χρηματοδότηση 9,6 εκατομμυρίων δολαρίων για να προωθήσει την περαιτέρω ανάπτυξη των δυνατοτήτων τρισδιάστατης εκτύπωσης εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης.
Η Scrona, εκτός από το παγκόσμιο ρεκόρ για την εκτύπωση της πιο μικροσκοπικής έγχρωμης εικόνας που έγινε ποτέ, είναι επίσης γνωστή για το μPeek, ένα gadget μεγέθους πιστωτικής κάρτας που μπορεί να συνδεθεί σχεδόν σε οποιοδήποτε smartphone και μέσω Bluetooth να το μετατρέψει σε ένα πολυλειτουργικό μικροσκόπιο. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν επίσης την τεχνολογία NanoDrip για να παράγουν δομές στον τρισδιάστατο χώρο. Δημιούργησαν ένα πλέγμα από μικροσκοπικούς τοίχους (nanowalls) με χρυσό και ασήμι, που έχουν πλάτος από 80 έως 500 νανόμετρα, πράγμα που σημαίνει ότι όταν τους κοιτάζει κάποιος από ψηλά δεν μπορεί να τους δεί. Αυτό καθιστά την τεχνολογία ιδανική για την παραγωγή οθονών αφής και ηλιακών συλλεκτών.
Καινοτόμες ιδέες χωρίς τέλος
Δεκάδες εκατομμύρια άνθρωποι ζουν σήμερα με ένα ή περισσότερα χειρουργικά εμφυτεύματα. Όμως κάθε φορά που ένας ασθενής λαμβάνει ένα χειρουργικό εμφύτευμα, το ανοσοποιητικό σύστημα ξεκινά μια αντίδραση εναντίον του, καλύπτοντάς το με ένα παχύ στρώμα ινώδους ιστού, το οποίο σκληραίνει και συστέλλεται με την πάροδο του χρόνου σε μια προσπάθεια απομόνωσης, θανάτωσης και αποβολής του ξένου σώματος.
Βλέποντας αυτό το πρόβλημα, το εργαστήριο του καθηγητή Πουλικάκου ίδρυσε νωρίτερα από τη Scrona μια άλλη MedTech spin-off με την επωνυμία Hylomporph που εξειδικεύεται στα βιοϋλικά και τη διασύνδεσή τους με τους ανθρώπινους ιστούς.
«Η τεχνολογία CellSense που αναπτύσσει η spin-off παρεμβαίνει ακριβώς στη σύνθετη βιολογική απόκριση που εμπλέκεται στην αντίδραση του ανοσοποιητικού και στον επακόλουθο σχηματισμό ινώδους ιστού γύρω από την εμφυτεύσιμη ιατρική συσκευή. Ουσιαστικά μιλάμε για μια επένδυση των εμφυτεύσιμων συσκευών που αποτελείται από μικρο-μηχανική βιοσυνθετική κυτταρίνη, η οποία διαταράσσει τη διαδικασία κυτταρικής προσκόλλησης και εναπόθεσης ινώδους ιστού, μέσω ενός συνδυασμού ορθολογικά σχεδιασμένων φυσικοχημικών και επιφανειακών χαρακτηριστικών(nanostructure). Η μοναδικότητά της είναι όταν έρχεται σε επαφή με υδάτινο περιβάλλον, όπως αυτό του ανθρωπίνου σώματος αποκτά ελαστικότητα και γίνεται εύκαμπτη σαν υδροτζέλ, χωρίς να επηρεάζεται η νανοκατασκευή και η λειτουργικότητά της», περιγράφει ο κ .Πουλικάκος. Σύμφωνα με τον Έλληνα επιστήμονα, αυτή τη στιγμή το προϊόν της εταιρείας βρίσκεται σε φάση έγκρισης από τον FDA.
Ο καθηγητής Πουλικάκος συνηθίζει κατά καιρούς να «ταράζει» τα νερά της Θερμοδυναμικής και όχι μόνο. Ήταν αυτός που το 2010 μαζί με τον ηλεκτρονικό κολοσσό ΙΒΜ δημιούργησαν τον πρώτο υδρόψυκτο υπερυπολογιστή που χρησιμοποιεί 40% λιγότερη ενέργεια από τους αερόψυκτους ομολόγους, στο πλαίσιο ενός έργου για την ανάπτυξη υπολογιστών και κέντρων δεδομένων υψηλής απόδοσης εξοικονόμησης ενέργειας και φιλικών προς το περιβάλλον, που τον ονόμασαν Aquasar. Τα πλεονεκτήματα του Aquasar δεν περιορίζονταν μόνο στην επεξεργαστική του ισχύ. Η θερμότητα από τον υπερυπολογιστή διοχετευόταν απευθείας για να θερμάνει το κτίριο όπου στεγαζόταν, θέτοντας νέα πρότυπα στην ενεργειακή απόδοση και μειώνοντας τις εκπομπές CO2 έως και 85%...
Προσπαθώ να καταγράψω όσα περισσότερα μπορώ για το ερευνητικό έργο αυτού του σημαντικού Έλληνα επιστήμονα της διασποράς και σκέφτομαι πως ακόμη ένα «φωτεινό μυαλό» διαπρέπει δυστυχώς εκτός Ελλάδας. Ο ίδιος μου λέει πως αποφοιτώντας από τη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΜΠ και πηγαίνοντας στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στις ΗΠΑ για να εκπονήσει τη διατριβή του δεν είχε σκοπό να φύγει από την πατρίδα του. Ωστόσο, τα πράγματα εξελίχθηκαν αλλιώς και ο ίδιος, μετά από μια επιτυχημένη καριέρα στις ΗΠΑ, βρέθηκε στην πολυτεχνική σχολή ΕΤΗ της Ελβετίας ύστερα από πρόσκληση. Ωστόσο δεν έκοψε ποτέ τους δεσμούς με την πατρίδα του. Συνεργάζεται με μεγάλα ερευνητικά κέντρα και εκπαιδευτικά ιδρύματα της χώρας μας, όπως το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος ή το ΕΜΠ και επιστρέφει πάντοτε στη γενέτειρά του τη Λακωνία όποτε ευνοούν οι συνθήκες.
«Όταν φύγεις από την πατρίδα σου δεν είναι εύκολο να επιστρέψεις. Αλλάζει η ζωή, αλλάζουν οι συνθήκες. Όμως αφήστε μας εμάς, μην ασχολείστε. Το μεγάλο στοίχημα για την Ελλάδα αυτή τη στιγμή δεν είναι να επιστρέψουμε εμείς, είναι να μπορέσει να κρατήσει εντός τους νέους επιστήμονες, αυτούς που ξεκινούν τώρα. Να δημιουργήσει τις συνθήκες να παραμείνουν στη χώρα και να κάνουν έρευνα. Υπάρχουν εξαιρετικοί νέοι επιστήμονες που μπορούν να διενεργήσουν σπουδαία έρευνα στην Ελλάδα τώρα. Όμως πρέπει να δημιουργηθούν οι προϋποθέσεις, να εκπονηθεί μια σοβαρή στρατηγική διασύνδεσης της έρευνας με τη βιομηχανία και την αγορά εργασίας, για να μπορούν οι νέοι επιστήμονες να απορροφώνται, επίσης να έχουν αξιοπρεπείς μισθούς και να μην παλεύουν με τη γραφειοκρατία. Αυτά νομίζω πως θα ήταν σημαντικά βήματα για αρχή», καταλήγει ο διαπρεπής επιστήμονας.
*Αξίζει να αναφερθεί πως ο Καθηγητής Δήμος Πουλικάκος είναι μέλος της Εθνικής Ακαδημίας Μηχανικών της Ελβετίας (SATW), έχει δημοσιεύσει πάνω από 500 ερευνητικά άρθρα σε κορυφαία περιοδικά με κριτές σε τομείς όπως η μεταφορά θερμότητας, η δυναμική των ρευστών, η ενέργεια, η νανοτεχνολογία, τα υλικά, η χημεία και η χημική μηχανική, η εφαρμοσμένη φυσική και η βιομηχανική/βιοφυσική και έχει λάβει περισσότερα από 20 βραβεία και διακρίσεις για το επιστημονικό του έργο. Ανάμεσα στις διακρίσεις είναι το χρυσό μετάλλιο James Harry Potter 2000 της Αμερικανικής Εταιρείας Μηχανολόγων Μηχανικών, το White House/NSF Presidential Young Investigator Award και το βραβείο Max Jacob, το οποίο απονέμεται ετησίως σε έναν μελετητή από κοινού από την (ASME) και την (AIChE) και είναι η υψηλότερη διάκριση στον τομέα των θερμορευστών
