Glijden; kans op vermoeidheid. "Slijtage is zo gewoon in schuifsystemen dat het deze onvermijdelijke sfeer heeft gekregen, " zegt Greg Sawyer, een professor in werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Florida die een team van onderzoekers leidt die deze veronderstelling willen omverwerpen. Sawyer en zijn medewerkers zijn erin geslaagd om polytetrafluorethyleen (PTFE), de alomtegenwoordige, reeds wrijvingsarm materiaal ook bekend als Teflon, om het "bijna een miljoen keer slijtvaster" te maken. Door de lessen uit deze en andere dergelijke succesverhalen toe te passen, de onderzoekers proberen te identificeren, en dan elimineren, de atomaire en moleculaire oorsprong van slijtage. Als ze hun doel bereiken, bewegende assemblages zoals gewrichtsvervangingen kunnen lang meegaan, zo niet voor altijd, dan in ieder geval totdat hun eigenaars "van deze sterfelijke spiraal zijn afgeschud".

Elk apparaat met bewegende delen – of het nu een grasmaaier is, een vaatwasser, of een aandrijflijn – ervaart wrijving. "Wrijving is een mooie, complex ding" dat energie en efficiëntie steelt van een systeem, maar niet, standaard, resulteren in slijtage, zegt Sawyer. De kenmerken van een heel systeem, in tegenstelling tot de inherente eigenschappen van de glijdende materialen, bepalen hoeveel slijtage er ontstaat als twee oppervlakken langs elkaar bewegen. Sawyer en zijn team hebben een aantal hypothesen bedacht om uit te leggen hoe wrijvingskrachten stukjes materiaal kunnen afscheuren of wegslijpen in bepaalde schuifsystemen. Een oppervlak zou kunnen eroderen door een langzame herschikking van de atomen en moleculen; door kleine, discrete brekende gebeurtenissen die in de loop van de tijd optellen; door zeldzame, maar catastrofaal, het splitsen van gebeurtenissen; of via andere, onbekende methoden. "We hebben nog niet bijna alle antwoorden, "zegt Sawyer.

Om hun hypothesen te testen, de wetenschappers gebruiken atoomkrachtmicroscopen om afbeeldingen op atomaire schaal van oppervlakken te maken en gebruiken fijn afgestemde instrumenten om de minieme krachten te meten die optreden als materialen tegen elkaar schuiven. Zodra de onderzoekers een factor identificeren die bijdraagt ​​aan systeemslijtage, ze proberen een manier te bedenken om het te stoppen. In het geval van ultra-slijtage PTFE, de onderzoekers stopten nanodeeltjes van aluminiumoxide in het polymeer, wat de slijtage drastisch verminderde. En dit effect is niet beperkt tot PTFE. Van andere met nanodeeltjes gevulde kunststofcomposieten is aangetoond dat ze een verminderde glijdende wrijvingscoëfficiënt vertonen, hoewel wetenschappers nog steeds de precieze mechanismen onderzoeken die leiden tot verminderde slijtage. Op het AVS-symposium in Nashville, Tenn., gehouden 30 oktober – 4 november, Sawyer zal resultaten presenteren van een aantal ultra-low-wear-systemen die in zijn laboratorium zijn bestudeerd, inclusief polymeren, metalen, en keramiek.

Behalve veroudering, slijtage is de belangrijkste oorzaak van het einde van de levensduur van het product, Sawyer merkt op. Wetenschappers en ingenieurs vanaf Da Vinci hebben manieren onderzocht om het te minimaliseren, hij zegt, en zijn team zet de zoektocht voort. Gevraagd naar de toekomst, Sawyer stelt zich een wereld voor waarin talloze producten misschien nooit verslijten:"Kun je je voorstellen dat je maar één auto verschuldigd bent? Systemen met ultralage slijtage kunnen alles veranderen."