Trikotnik med gospodarstvom, inovatorji in znanostjo

Naprava za urjenje vstajanja avtorjev dr. Zlatka Matjačića in dr. Jakoba Oblaka ter mikroreaktor na osnovi fotokatalitskega titanovega dioksida, doktorska naloga Matica Krivca, sta med dvanajstimi dosežki, ki jih bodo predstavili prihodnji četrtek na 9. Slovenskem forumu inovacij. Kratka predstavitev je tudi v svežem zborniku Odlični v znanosti 2013.

Zbornik, ki ga je izdala agencija za raziskovalno dejavnost ARRS, predstavlja lanske znanstvene dosežke šestih ved: naravoslovja in matematike, tehnike, medicine, biotehnike, družboslovja in humanistike. Medtem ko so se druge vede že predstavile ali pa se še bodo na drugih prireditvah, se bo tehnika na 9. Slovenskem forumu inovacij, ki bo 12. in 13. novembra v Cankarjevem domu. Pobuda za predstavitev dosežkov tehnike se je porodila na ARRS, in sicer v znanstvenem svetu za tehniko, ki ga vodi prof. dr. Igor Emri.

Ideja, da bi se predstavili na forumu inovacij, ki ga organizira agencija Spirit z ministrstva za gospodarstvo, pa izvira iz spoznanja, da se tudi znanstveniki podobno kot inovatorji želijo čim bolj učinkovito povezati z gospodarstvom. Namen predstavitve je promovirati znanstvene dosežke in vzpostaviti sodelovanje v trikotniku med gospodarstveniki, inovatorji in znanstveniki. Ciljna publika, ki naj bi jo pritegnil forum, sicer namenjen spodbujanju inovativnosti in podjetništva, pa so prav gospodarstveniki. Njim naj bi predstavili inovacije in izstopajoče dosežke znanosti tako celovito, da bi prepoznali uporabno vrednost ter tržni potencial in se navsezadnje odločili celo za proizvodnjo.

Za ponazoritev, kateri razvojni dosežki tehnike so se uvrstili v zbornik in v program predstavitve na forumu, smo izbrali dva, enega s področja sistemov in kibernetike, drugega pa s področja materialov. Razen omenjenih so v zborniku Odlični v znanosti 2013 še tehnični dosežki iz gradbeništva, energetike, računalništva in materialov, informatike, elektronskih komponent in tehnologij, električnih naprav, procesnega strojništva, meroslovja in interdisciplinarnih raziskav.

Prototip razvit v Soči, proizvodnja v Nemčiji

Napravo za urjenje vstajanja, ki sodi med dosežke sistemov in kibernetike, sta razvila raziskovalca dr. Zlatko Matjačić z Univerzitetnega rehabilitacijskega inštituta Soča in dr. Jakob Oblak iz podjetja Rehing. Prototip bo na forumu predstavil dr. Matjačić, ki je tudi profesor biomehanike na zdravstveni fakulteti ljubljanske univerze.

Naprava je namenjena osebam z motnjami v gibanju, ki so, kot pojasnjuje dr. Matjačić, ponavadi posledica nevroloških okvar, denimo možganske kapi in poškodb hrbtenjače. Ker je cilj vsake rehabilitacije izboljšanje sposobnosti gibanja, je pomemben del tega tudi proces vstajanja iz sedečega položaja. Vsako ponovno učenje gibanja pa zahteva veliko ponovitev, toda v kontroliranih razmerah. Naprava, ki sta jo razvila dr. Matjačić in dr. Oblak, sodi med tako imenovane rehabilitacijske robote, ki pomagajo pri procesu urjenja gibalne spretnosti. Inovativni del prototipa za urjenje vstajanja je v tem, da ima samo en motor in da pogonski mehanizem omogoča pacientu usklajeno gibanje trupa ter zgornjega in spodnjega dela nog. Tako je vstajanje sinhronizirano z gibanjem kolkov navzgor in naprej.

Dr. Matjačić: »Naša naprava omogoča naravno, pravilno kinematiko procesa vstajanja. Omogoča tudi nastavitve različne hitrosti vstajanja in prilagodljivo raven mehanske podpore. To pomeni, da če je pacient težji, nastavimo napravo tako, da mu daje več podpore. Tako se naprava prilagaja funkcionalnim sposobnostim pacienta. Dodatno pa še zelo olajša delo terapevtov, saj jim pacienta ni treba več fizično dvigovati. Učinki uporabe so tako koristni za paciente, terapevte in zdravnike.«

Zakaj sta se oba inženirja tehnike sploh lotila razvijanja takšne naprave za rehabilitacijo? Kot pojasnjuje dr. Matjačić, je razvoj prototipa predlagalo nemško podjetje Medica Medizintechnik GmbH, s katerim inštitut Soča sodelujejo že deset let. Zanje kot naročnika so doslej razvili že dve napravi za rehabilitacijo (za urjenje ravnotežja med stojo in hojo). Nemci so zaznali, da izpopolnjene naprave za urjenje vstajanja, ki bi omogočala naravni način vstajanja, še ni na trgu, potrebe in tržni potencial pa so veliki, zato so predlagali raziskovalcem na Soči, da se lotijo razvoja prototipa. Slednjega je deloma financiral Medico Medizintechnik in prototip že patentiral na nemškem trgu, kasneje pa naj bi ga še na drugih trgih po svetu. Tako je nemško podjetje zdaj nosilec patentnih pravic, dr. Matjačić in dr. Oblak pa sta avtorja patenta. Približno čez dve leti, ko naj bi končali vse klinične preizkuse prototipa, namerava nemško podjetje začeti industrijsko izdelavo naprave in prodajo povsod po svetu.

Mikronaprava za razgradnjo organskih onesnaževal

Mikronapravo za dolgoročno razgradnjo organskih onesnaževal, ki deluje na osnovi fotokatalitskega titanovega dioksida (TiO 2 ), bo na forumu inovacij predstavil dr. Matic Krivec. Razvil jo je v okviru svoje doktorske naloge pod mentorstvom dr. Gorana Dražića, sicer pa je naprava del večjega raziskovalnega programa, v katerem dela več sodelavcev na Institutu Jožef Stefan. V projektu sodelujejo še Kemijski inštitut, Cinkarna Celje in tovarna Impol.

Mikroreaktorji so tehnologija prihodnosti, pripoveduje mladi raziskovalec, fotokataliza s titanovim dioksidom pa se odlično integrira v mikroreaktorske tehnologije. Problem doslej znanih tehnologij je bil, kako »fiksirati« nanodelce titanovega dioksida na reaktor, tako da se med delovanjem, denimo med čiščenjem odpadne vode, ne bi izluževali v okolico. Znano je namreč, da so nanodelci titanovega dioksida, zato ker so fotokatalitični (svetloba sproži reakcije), nevarni za okolje. »Moj prvi cilj je bil konstruirati mikroreaktor tako, da bo titanov dioksid v njem zanesljivo pritrjen in da se ne bo izluževal,« pripoveduje dr. Krivec, ki so ga zaradi njegove prodornosti nedavno zvabili k sebi Avstrijci. V tehnološkem centru v Beljaku so mu ponudili zaposlitev, ugodne delovne razmere in dobro plačo.

Fiksaciji delcev TiO2 se je posvetil zato, ker se drugje po svetu, kakor je bilo mogoče razbrati iz objavljenih strokovnih člankov, s takšno izboljšavo še niso ukvarjali. Cilj je dosegel, publikacija za uporabne materiale Applied Materials & Interfaces, ki jo izdaja ameriško združenje za kemijo (ACS), pa je lani objavila članek o tem dosežku, ki so ga podpisali vsi sodelujoči, in sicer poleg dr. Krivca še Kristina Žagar, Luka Suhadolnik, dr. Miran Čeh in dr. Goran Dražić.

»Novost v našem mikroreaktorju je, da smo zelo stabilno pritrdili titanov dioksid na material, ki je sestavni del reaktorja. Novost je še to, da je naš reaktor nekajkrat bolj aktiven kot drugi, o katerih sem bral v strokovnih člankih,« pojasnjuje dr. Krivec. Poskrbeli so tudi že za mednarodno patentno prijavo izdelka, ta je v precej drugačni obliki od tiste, o kateri so pisali v ameriški publikaciji. Reaktor namreč razvijajo še naprej v smeri dizajna in zniževanja stroškov pri materialih, s čimer se pri pripravi doktorske naloge intenzivno ukvarja mladi raziskovalec na IJS Luka Suhadolnik.

In kakšna je uporabnost tega mikroreaktorja, malo večjega od škatlice vžigalic? S titanovim dioksidom lahko očistimo organske kemikalije iz vode in zraka, pojasnjuje dr. Krivec. Lahko bi ga denimo uporabili v tekstilni industriji, ki uporablja barvila, odpadno vodo pa pogosto izliva v vodotoke. Z mikroreaktorji bi očistili barvila v odpadni vodi. Temu bi lahko bili kos tako, da bi uporabili, recimo, tisoč mikroreaktorjev, ali še bolj učinkovito, da bi reaktor ustrezno povečali. Mikroreaktorji so zaradi svoje majhnosti in učinkovitosti uporabni predvsem v farmacevtski industriji, biokemiji, mikrobiologiji in medicini (za analizo krvi).