Σημαντική πρωτοπορία του ΙΤΕ στις Αναδυόμενες Τεχνολογίες

Η πρόταση που συντονίζει Ερευνητική Ομάδα του ΙΤΕ αξιολογήθηκε 11^η σε σύνολο 643 που υποβλήθηκαν Πανευρωπαϊκά σε όλους τους επιστημονικούς κλάδους

Σημαντική επιτυχία είχε το ΙΤΕ στην πρόσφατη αξιολόγηση ανταγωνιστικών προτάσεων στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού Προγράμματος FETOPEN-2014-2015-RIA που αφορά τις Μελλοντικά Αναδυόμενες Τεχνολογίες του Κοινοτικού Πλαισίου στήριξης για την Έρευνα, Ορίζον 2020 (ΗORIZON 2020). Το πρόγραμμα αυτό είναι από τα πιο ανταγωνιστικά του Ορίζοντα 2020, δεδομένου ότι υποβλήθηκαν συνολικά 643 προτάσεις από όλη την Ευρώπη και χρηματοδοτήθηκαν μόλις 24, δηλαδή το ποσοστό επιτυχίας ήταν μικρότερο του 4%. Ανάμεσα στις προτάσεις που χρηματοδοτήθηκαν και μάλιστα στην 11^η θέση βρίσκεται αυτή που συντονίζει η Ερευνητική ομάδα του Εργαστηρίου Μικρο-Νανο δόμησης με Υπερβραχείς Παλμούς Λέιζερ (ΕΜΝΥΛ) (www.iesl.forth.gr/ULMNP) του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του ΙΤΕ ‘Σάββας Γεωργίου’. Η Ερευνητική Ομάδα έχει επικεφαλής τον Ερευνητή του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ Εμμανουήλ Στρατάκης και αποτελείται από την Ανθή Ρανέλλα, το Γεώργιο Τσιμπίδη, 2 μεταδιδακτορικούς ερευνητές, 4 διδακτορικούς και 6 μεταπτυχιακούς φοιτητές. Στη σχετική αξιολόγηση της Ευρωπαϊκής Επιτροπής η Επιστημονική Επιτροπή Κριτών εκθείασε την αριστεία παγκοσμίου κλάσεως του ΙΗΔΛ-ΙΤΕ σε θέματα κατεργασίας υλικών με Λέιζερ και Οπτικής. Αξίζει εδώ να σημειωθεί ότι ιδρυτής/θεμελιωτής της δραστηριότητας της κατεργασίας υλικών με Λέιζερ στο IΤΕ είναι ο πρώην Πρόεδρος του ΔΣ του ΙΤΕ και νυν Αναπληρωτής Υπουργός Έρευνας και Καινοτομίας, Κώστας Φωτάκης.

Αντικείμενο της προτεινόμενης έρευνας είναι η ανάπτυξη τεχνικών βιομιμητικής κατεργασίας υλικών με Λέιζερ για την κατασκευή επιφανειών ιεραρχικής κλίμακας με σημαντικές εφαρμογές στη μικρορευστονική. Κατά καιρούς, έχουν εφαρμοστεί πολλές στρατηγικές μέθοδοι παρασκευής επιφανειών με εξαιρετικές φυσικοχημικές, οπτικές, μηχανικές και βιολογικές ιδιότητες. Μια από τις σπουδαιότερες βασίζεται στη μίμηση των μοναδικών χαρακτηριστικών των φυσικών επιφανειών, όπως αυτά προσδίδονται από τη μητέρα φύση [E. Stratakis, V. Zorba, Biomimetic Artificial Nanostructured Surfaces, in Nanotechnologies for the Life Sciences, Wiley VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (2010)]. Η μελέτη και η προσομοίωση βιολογικών συστημάτων με επιθυμητές ιδιότητες είναι ευρέως γνωστές ως βιομιμητική (σύνθετη λέξη από τις «βίος» και «μίμηση»). Αυτή η προσέγγιση περιλαμβάνει τη μετατροπή των ιδεών, εννοιών και αρχών που αναπτύχθηκαν από τη φύση σε ανθρωπογενείς τεχνολογίες. Τα βιολογικά συστήματα έχουν συμβάλει, μέσα στα σχεδόν τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια ζωής, σε μοναδικές λύσεις για σύνθετα προβλήματα. Οι λύσεις αυτές τα καθιστούν έξυπνα, ενεργειακά αποδοτικά, ευέλικτα, προσαρμόσιμα, φιλικά προς το περιβάλλον και πολυλειτουργικά. Επίσης, οι λύσεις αυτές είναι άμεση συνέπεια της εξελικτικής πίεσης που συνήθως αναγκάζει τα φυσικά είδη να γίνονται ιδιαίτερα βελτιστοποιημένα και αποδοτικά. Ως εκ τούτου η προσαρμογή των μεθόδων και των συστημάτων που βρίσκονται στη φύση σε συνθετικά κατασκευάσματα είναι επιθυμητή και η φύση παρέχει μια μοναδική πηγή ενδεδειγμένων λύσεων οι οποίες μπορούν να χρησιμεύσουν ως μοντέλα έμπνευσης για συνθετικά παραδείγματα.

H Ερευνητική Ομάδα του Δρ Στρατάκη συντονίζει μια σύμπραξη ερευνητικών φορέων που αποτελείται από 2 πανεπιστημιακούς εταίρους, το Τμήμα Φυσικής του Αυστριακού Πανεπιστήμιου Johannes Kepler και το τμήμα Εμβιομηχανικής του Γερμανικού Πανεπιστημίου του Άαχεν, καθώς και από 4 Ερευνητικά Ινστιτούτα, εκτός του ΙΤΕ, το Institute for Production Technology IPT του Fraunhofer και το Federal Institute for Materials Research and Testing από τη Γερμανία και το Ισπανικό Spanish National Research Council. Στη σύμπραξη ανήκει, επίσης, μια Αυστριακή εταιρία κατασκευής μικρομηχανικών συστημάτων και επιστρώσεων υψηλής τεχνολογίας (High-Tech Coatings GmbH). Η ερευνητική προσπάθεια της ομάδας αποσκοπεί στην εφαρμογή καινοτόμων τεχνικών κατεργασίας Λέιζερ για την ανάπτυξη επιφανειών που μιμούνται αφενός τις θαυμαστές ιδιότητες συγκομιδής, μεταφοράς, και καθοδήγησης υγρών, ιδιότητες που εμφανίζουν τα εξωτερικά στρώματα των κελύφων σπάνιων υδρόβιων ερπετών (ενδεικτικά το είδος Dysodius magnus)· αφετέρου εμφανίζουν και εξαιρετικές ιδιότητες αντίστασης στη φθορά και τριβή που χαρακτηρίζουν τα κελύφη σπάνιων σκαθαριών (ενδεικτικά το είδος Phrynosoma cornutum).

Οι προηγμένες τεχνικές επεξεργασίας με Λέιζερ, οι οποίες θα αναπτυχθούν κατά τη διαδικασία εφαρμογής του προγράμματος, βασίζονται στην ιδιότητα αυτο-οργάνωσης της στερεάς ύλης, όταν υπόκειται στην ισχυρή ακτινοβολία υπερβραχέων παλμών Λέιζερ, που οφείλεται στην υπερταχεία τήξη επιφανειακού στρώματος. Η διαδικασία τήξης και επαναστερεοποίησης του στρώματος αυτού έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία αυτο-οργανωμένων μικρο και νανο-δομών με πολύπλοκη ψευδοπεριοδική διάταξη που προσομοιάζουν σε μεγάλο βαθμό τις ιεραρχικές δομές που απαντώνται συχνά στις επιφάνειες έμβιων όντων. Η Ερευνητική Ομάδα του ΙΤΕ έχει δείξει στο παρελθόν ότι η κατάλληλη διαμόρφωση των ιδιοτήτων της δέσμης Λέιζερ, μέσω προηγμένων μεθόδων οπτικής, οδηγεί δυνητικά σε μια ανεξάντλητη πηγή από μοτίβα μικρο/νανοδομών ιεραρχικής γεωμετρίας τα οποία προσδίδουν στις αντίστοιχες επιφάνειες πληθώρα ανεξερεύνητων ιδιοτήτων, οι οποίες όμως παρουσιάζουν εξαιρετικό ενδιαφέρον.

Ο Δρ Στρατάκης, απαντώντας σε σχετικό ερώτημα, τονίζει ότι η αξιοποίηση των αποτελεσμάτων της έρευνας του εν λόγω έργου αναμένεται να οδηγήσει σε μια καινοτόμο τεχνολογία κατασκευής προηγμένων μικρονανομηχανικών στοιχείων, με ενισχυμένη αντοχή στην τριβή και φθορά, π.χ. ανάπτυξη υψηλής απόδοσης ρουλεμάν ολίσθησης και μικρομηχανικών εξαρτημάτων αντλιών. Επιπλέον, η κατασκευή βιομιμητικών επιφανειών με ακραίες ιδιότητες υποδοχής και διαχείρισης ρευστών, αναμένεται να ανοίξει το δρόμο για μοναδικές εφαρμογές που αφορούν στο διαχωρισμό νερού και πετρελαίου, στη μειωμένη αντίσταση στις υποβρύχιες εφαρμογές και στην αποτελεσματική ψύξη ηλεκτρονικών υψηλής ισχύος. Στην κατεύθυνση αυτή, ο βιομηχανικός εταίρος του προγράμματος θα αξιοποιήσει τα αποτελέσματα του έργου για την ανάπτυξη και εκμετάλλευση υψηλής απόδοσης στοιχείων ολίσθησης, καθώς και καινοτόμων επιστρώσεων κινούμενων μικρομηχανικών στοιχείων, με εξαιρετική αντοχή στη φθορά και στην τριβή.

Για περισσότερες πληροφορίες επικοινωνήστε με τον Δρ. Στρατάκη Εμμανουήλ stratak@iesl.forth.gr