Revista >> Mai 2019 [Nr. 214] >> Cercetare & Invatamant superior

Centrul de Cercetări Tehnice Fundamentale și Avansate din Timișoara, în avangarda explorării fluidelor magnetice

Mihaela Ghita

23 Mai 2019

Ce alte aplicații importante au rezultat în urma cercetării fluidelor magnetice?
Dr. fiz. Ladislau Vékás: O altă aplicație a fluidelor magnetice este pentru separarea, după densitate, a minereurilor neferoase. S-a aplicat în Africa de Sud în anii ’80 și s-a studiat în aceeași perioadă utilizarea ei și la Institutul de Minereuri Neferoase de la Baia Mare.

O aplicație interesantă o reprezintă difuzoarele extraplate care se montează, printre altele, în autoturisme și care au un nivel sonor de excepție. Aceste difuzoare conțin lichid magnetic cu multiple funcțiuni în intrefierul unde se află bobina mobilă: o cantitate foarte redusă (câțiva mililitri) de lichid magnetic asigură răcirea avansată, centrarea și amortizarea bobinei mobile, astfel că vor crește atât puterea, cât și fidelitatea redării prin reducerea amplitudinii oscilațiilor la frecvențele proprii ce distorsionează sunetul. Fluidul magnetic face ca difuzorul să aibă o reproducere mult mai fidelă și putere de trei-patru ori mai mare de redare a sunetului. Marile branduri de automobile dotează automobilele cu astfel de sisteme audio cu difuzoare extraplate de înaltă fidelitate, care exploateză proprietățile unice ale fluidelor magnetice.

O altă aplicație, ce a avut deja un succes fantastic, dar care acum este pe cale de dispariție, este folosită pentru a proteja memoria mobilă a computerelor. Discurile rotative de memorie (hard disk drives) ale computerelor şi informaţiile stocate pe ele pot fi afectate de posibile impurităţi care pot zgâria suprafața discului de memorie. În acest context s-a inventat o etanșare rotitoare magnetofluidică ce asigură menținerea unei atmosfere perfect curate în capsula cu memorie și care rezista la turația destul de ridicată a discului respectiv. Câteva picături de lichid magnetic rezolvă această problemă.

Acum se studiază intens aplicațiile de ordin biomedical. Acest gen de aplicații este în plină dezvoltare și am să vă ofer un exemplu concludent: cel al citostaticelor magnetodirijabile, care asigură transportul substantelor active doar la tumorile vizate de tratament, fără să afecteze întregul organism. Nu există săptămână să nu apară cel puțin 2-3 lucrări în reviste cu impact ridicat în acest domeniu dedicat tehnicilor orientate spre vindecarea cancerului. De multe ori purtătorii magnetoresponsivi de dimensiuni nanometrice sunt înzestrați și cu o funcționalitate suplimentară, de exemplu a hipertermiei magnetice pe care o dezvoltă la nivelul tumorilor canceroase. Ferofluidul cu compoziție biocompatibilă și cu funcționalitate bine definită se injectează în tumoare, se aplică un câmp electromagnetic de o anumită frecvență, are loc o încălzire locală datorată nanoparticulelor de magnetită (sau ferită de cobalt, ferită de mangan etc), iar celulele tumorale sunt astfel distruse.

În anii ’70 ați fost în avangarda cercetării fluidelor magnetice. În prezent, grupurile de cercetare din Centrul de Cercetări Tehnice Fundamentale și Avansate de la Timișoara se află în primul eșalon al revoluției din domeniul fluidelor magnetice? Care sunt preocupările științifice de ultimă oră?
Dr. fiz. Ladislau Vékás: Cele mai recente cercetări pe care le facem în Centrul de Cercetări Tehnice Fundamentale și Avansate din Timișoara sunt legate de fluidele magnetoreologice, a căror vâscozitate este controlabilă magnetic. Ele fac parte din categoria fluidelor controlabile magnetic împreună cu ferofluidele și au un rol deosebit de important în sistemele de protecție antiseismică a clădirilor și în sistemele de amortizare semiactivă a automobilelor și vehiculelor grele, toate aceste aplicații de vârf fiind în atenția cercetătorilor pe plan internațional. Într-un interval de ordinul milisecundelor, practic în timp real, fluidele magnetoreologice își modifică vâscozitatea efectivă în așa fel încât dispozitivul magnetoreologic să răspundă diverselor solicitări la care este supus. Această variație de vâscozitate este posibilă sub acțiunea unui câmp magnetic, iar fluidele magnetoreologice au capacitatea de a-și schimba vâscozitatea în funcție de intensitatea câmpului magnetic aplicat, ceea ce le conferă un potențial aplicativ uriaș. În cadrul CCTFA am dezvoltat în ultimii ani un nou tip de fluid magnetic compozit nano-micro structurat, care răspunde la unele cerințe specifice sistemelor magnetoreologice de protecție antiseismică și de control al curgerii în turbomașini hidraulice. Producerea la scară micropilot de noi tipuri de fluide magnetoreologice se realizează în prezent în colaborare cu grupul de Materiale hibride funcţionalizate pe bază de polimeri şi nanoparticule anorganice de la INCDTIM Cluj-Napoca și cu SC ROSEAL SA. În ultima perioadă s-a consolidat o direcție de cercetare avansată având ca obiectiv sinteza și functionalizarea unor particule nanocompozite polimerice pentru biotehnologie (separare magnetică de proteine și diverse substante bioactive) și utilizări biomedicale (transport magnetodirijat în bypass-uri coronariene și hipertermie magnetică) în colaborare cu grupul de la INCDTIM Cluj-Napoca, Universitatea de Medicină și Farmacie „Carol Davila” din București și cu Lab. Magnetism și Supraconductibilitate - INCDFM București.

În peisajul actual al cercetării există un fel de concurență între cercetarea fundamentală și cea aplicată. Cum se reflectă cercetarea fundamentală și cea aplicată în CCTFA din Timișoara?
Dr. fiz. Ladislau Vékás: Dacă ne uităm în jurnalele științifice de top ale lumii, această delimitare între fundamental și aplicativ nu mai este astăzi atât de clară. Această frontieră începe să se șteargă. O cercetare fundamentală, axată pe o problemă foarte actuală, își găsește destul de repede și aplicațiile, nu mai este nevoie să treacă decenii până când își găsește o utilitate economică și socială. Acesta este noul specific al cercetărilor tehnice, inginerești.
În ceea ce privește Centrul nostru, acesta încearcă să pună în valoare, pe de o parte, ceea ce Academia Română face prin definiție, adică cercetarea fundamentală, și, pe de altă parte, o tradiție bogată în domeniul aplicativ, care există la Timișoara încă de la înființarea Politehnicii (care va sărbători în curând 100 de ani), iar în CCTFA din 1954, anul nașterii sale.

Centrul nostru are 3 secții cu domenii foarte diferite: Secţia de Electromecanică, Vibraţii şi Vibropercuții; Secţia de Construcţii Metalice şi Sudură; Secţia de Hidrodinamică, Cavitaţie şi Lichide Magnetice.

În Secţia de Electromecanică, Vibraţii şi Vibropercuții efectuăm cercetări asupra motoarelor cu magneți permanenți care se pretează la miniaturizare, în special cele din domeniul roboticii și din domeniul conversiei de energie, unde sunt necesare motoare de dimensiuni cât mai mici, dar cu putere cât mai mare. Răspunsul generatoarelor și motoarelor electrice la solicitări dinamice neliniare este analizată și abordată prin modelare teoretică performantă de colectivul condus de prof. Vasile Marinca, membru corespondent al Academiei Române. O recunoaștere deosebită, la nivel mondial, a activității științifice a cercetătorilor din această Secție și implicit din CCTFA a venit în anul 2016, când acad. Ion Boldea a fost recompensat cu Premiul Nikola Tesla. Distincția a fost acordată de către Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), cea mai mare organizaţie profesională din întrega lume în domeniul electrotehnicii, pentru rezultatele cercetărilor îndelungate efectuate de colegul nostru în domeniul motoarelor și generatoarelor electrice.

În Secția de Construcţii Metalice şi Sudură, ne ocupăm de cercetări legate de structuri metalice și clădiri cu risc redus la dezastre, care trebuie să reziste la solicitări extreme: seisme, explozii sau alte riscuri majore. Grupul condus de acad. Dan Dubină, un nume și un colectiv recunoscute de comunitatea științifică în domeniul siguranței construcțiilor metalice la solicitări extreme, se află în vârful cercetărilor în acest domeniu nu doar în Europa, ci și pe plan mondial. În prezent lucrăm împreună la realizarea și experimentarea unui amortizor seismic hibrid, cu fluid magnetoreologic.

În Secţia de Hidrodinamică, Cavitaţie şi Lichide Magnetice, cercetătorii noștri caută soluții care să împiedice producerea eroziunii cavitaționale ce distruge paletele turbinelor și pompelor hidraulice. Această eroziune este unul din motivele pentru care, spre exemplu, se procedează periodic la oprirea subunităților Centralei Hidroelectrice Porțile de Fier I, pentru retehnologizare. Sunt multe detalii, cum ar fi geometria paletelor și structura curgerii, care pot contribui la această eroziune, ce are efecte extraordinar de costisitoare. Prin urmare, durata de viață a unui rotor de turbină ar trebui să fie cât mai lungă, adică vibrațiile induse de curgerile cu vârtej și eroziunea cavitațională ar trebui să se facă simțite prin efectele lor la un nivel cât mai redus posibil. Soluțiile tehnice oferite de cercetătorii secției au la bază o expertiză de zeci de ani acumulată în domeniul curgerilor în turbomașini hidraulice, iar o direcție de cercetare promovată în ultimii ani are ca obiectiv realizarea unor dispozitive magnetoreologice de control al curgerii în pompe și turbine hidraulice pentru atenuarea vibrațiilor și eroziunii cavitaționale. Deși într-un mod foarte diferit, putem afirma că ideea inițială a acad. Ioan Anton, de a utiliza un fluid acționabil magnetic în controlul activ al regimului de funcționare al unui turbotransformator hidrodinamic, este readusă și valorificată prin realizarea acestor dispozitive magnetoreologice de control al curgerii în turbomașini hidraulice.