Inżynieria innowacyjna

Wydział powstał w wyniku przekształcenia dawnego Instytutu Inżynierii Materiałowej i funkcjonował na Wydziale Mechanicznym Politechniki Krakowskiej oraz Instytutu Fizyki Wydziału Informatyki i Fizyki. Mimo młodego stażu Wydział już może pochwalić się ogromnym sukcesem, jakim jest zdobycie kategorii A w dyscyplinie inżynierii materiałowej, co plasuje WIMiF w czołówce naszego kraju. Tematyka, wokół której prace prowadzą zespoły badawcze podlegające pod Wydział to: materiały geopolimerowe, zeolity, przetwórstwo pierwotne i wtórne tworzyw sztucznych oraz nowoczesne tworzywa i kompozyty polimerowe, kształtowanie struktury i właściwości mechanicznych metali, metalurgia proszków, zastosowanie związków organicznych w optoelektronice, magnetyczne właściwości materii, teoria fazy skondensowanej. W każdym z tych obszarów nauk Wydział może pochwalić się sukcesami oraz ogromnym doświadczeniem. Dla Wydziału, w zakresie dydaktyki, istotne jest przede wszystkim wyposażenie sal wykładowych i laboratoriów dydaktycznych. Nowoczesne multimedia, oprogramowanie do symulacji zjawisk fizycznych i procesów technologicznych, trenażery oraz niezbędne urządzenia do realizacji zajęć dydaktycznych, które umożliwią proces kształcenia zarówno w sposób tradycyjny, jak i z wykorzystaniem wirtualnej rzeczywistości. Nie można również pominąć faktu, iż Katedra Inżynierii Materiałowej jest jednym z pięciu ośrodków w Polsce, który prowadzi studia podyplomowe międzynarodowy/europejski inżynier spawalnik. Kierunek ten cieszy się ogromnym zainteresowaniem ze strony słuchaczy , nabory na te studia odbywają się co semestr. Studia kończą się egzaminem w Instytucie Spawalnictwa Sieci Badawczej Łukasiewicz w Gliwicach. Na Wydziale znajduje się jedna z najlepiej wyposażonych spawalni w południowej części kraju, co przekłada się na możliwość zdobycia doskonałej praktyki przez przyszłych spawalników – mówi prof. Janusz Mikuła.

Informatyka materiałowa – nowy kierunek na Wydziale

Na WFIiM został utworzony nowy kierunek studiów. Informatyka materiałowa (ang. material informatics) to nowa interdyscyplinarna dziedzina badań, która łączy informatykę z inżynierią materiałową i materiałoznawstwem,  w celu poprawy zrozumienia, wykorzystania czy projektowania materiałów. Stawia sobie za cel szybkie i niezawodne pozyskiwanie, zarządzanie, analizę i rozpowszechnianie różnorodnych danych materiałowych wykorzystując do tego zaawansowane narzędzia informatyczne. Studenci tego kierunku będą potrafili zaprojektować materiał o pożądanych właściwościach. Dzięki stale rosnącej mocy obliczeniowej komputerów oraz coraz bardziej złożonych narzędziach informatycznych jest to możliwe. Chcąc zaprojektować materiał, studenci będą poznawać specjalistyczne zagadnienia z zakresu technologii nowoczesnych materiałów, repozytoriów danych materiałowych i metod badań materiałów. Potrzebne będzie także wprowadzenie do metod uczenia maszynowego – przyszli studenci będą je wykorzystywać do pracy z ogromnymi zbiorami danych. Niezbędna będzie znajomość metod numerycznych i umiejętność implementacji algorytmów w językach C++ i Python. Ale same umiejętności informatyczne to nie wszystko. Ważna jest również znajomość podstaw fizyki, chemii i materiałoznawstwa, aby zrozumieć zjawiska zachodzące w materii. To właśnie połączenie wiedzy o budowie materii z nowoczesnymi technikami informatycznymi będzie wyróżniać absolwentów naszego kierunku. Zdobyta praktyczna wiedza otworzy możliwość pracy w nowoczesnym przemyśle lub jednostkach badawczo-rozwojowych, a umiejętności informatyczne pozwolą podjąć pracę w branży IT jako programista lub analityk danych – z dumą podkreśla prof. Janusz Mikuła, Dziekan Wydziału. Studia na kierunku informatyka materiałowa potrwają 3,5 roku a rozpoczną się w semestrze zimowych, w październiku 2025 roku.

Inżynieria materiałowa idzie w parze z medycyną

Najnowsze projekty związane z medycyną i implantami realizowane na Wydziale dotyczą opracowania innowacyjnych materiałów biomedycznych, które mogą znaleźć zastosowanie w różnych typach implantów. Główne założenia projektu obejmują rozwój nowoczesnych technologii produkcji oraz testowanie nowych form i struktur biomateriałów, które mają poprawić efektywność i bezpieczeństwo implantów medycznych. W ramach projektów realizowane są prace nad materiałami opartymi na biopolimerach, takich jak polisacharydy, peptydy, wzbogaconymi wyselekcjonowanymi związkami aktywnymi, bioceramice oraz stopach na bazie tytanu. Badania skupiają się na ocenie właściwości fizykochemicznych i biologicznych materiałów. Projekty obejmują również badania nad cytokompatybilnością, właściwościami przeciwbakteryjnymi oraz testy in vivo na modelach zwierzęcych.W tym celu nawiązano współpracę z krajowymi i zagranicznymi ośrodkami naukowymi, takimi jak TUV Wien, Tallinn University of Technology (TalTech), University of Ljubljana (UL), Uniwersytetem Łódzkim. Na uwagę zasługują trzy najnowsze projekty realizowane na Wydziale:

1. Hierarchiczne podejście do inżynierii tkanki kostno-chrzęstnej „OsteoHierarch” UMO-2022/45/B/ST8/02557 – kierownik prof. dr hab. inż. Agnieszka Sobczak-Kupiec

Głównym wyzwaniem w inżynierii tkanki chrzęstno-kostnej jest wygenerowanie funkcjonalnie zintegrowanej uwarstwionej struktury chrzęstno-kostnej. W rzeczywistości kości i chrząstki mają zupełnie inne właściwości. Ogólnym celem projektu jest zaprojektowanie nowego, hierarchicznego systemu kompozytowego biomateriałów, opartego na wzbogaconym fosforanie wapnia, matrycy polimerowej i czynnikach bioaktywnych o ulepszonych właściwościach, które można wykorzystać w implantach chirurgicznych. W ramach projektu zostanie opracowana nowa, wielostopniowa metoda uzyskiwania materiałów gradientowych przy użyciu technik takich jak ługowanie, fotosieciowanie, odlewanie rozpuszczalnikowe, liofilizacja, sieciowanie enzymatyczne, druk 3D. Główną przeszkodą w leczeniu ubytków chrzęstno-kostnych są różne zdolności gojenia dwóch rodzajów zaangażowanych tkanek - chrząstki stawowej i kości podchrzęstnej. Podejścia biomimetyczne do inżynierii tkanki kostno-chrzęstnej, oparte na biologicznych zasadach rozwoju i regeneracji tkanek, mają potencjał do dostarczania nowych metod leczenia i regeneracji w układach kostno-chrzęstnych. Oryginalność proponowanej pracy opiera się na podejściu oddolnym uwzględniającym cały system materiałowy: od wytwarzania wzbogaconych cząstek fosforanów wapnia o określonej morfologii, poprzez kontrolowane procesy sieciowania w celu uzyskania kompozytów, po zaawansowaną funkcjonalizację powierzchni przez związki aktywne. Rusztowania będą modyfikowane szeregiem czynników wzrostu, które, jak wykazano, mają pewien potencjał osteogenny i angiogenny.

2. ERA.NET3/2022/48/BiLaTex/2023.Nowa generacja bioaktywnych implantów ti/hap teksturowanych laserem – kierownik dr inż. Agnieszka Tomala

Aby pomyślnie zintegrować dowolny implant, regeneracja kości, osteointegracja na styku kości i implantu, a także łagodzenie zdarzeń zapalnych są kluczowymi aspektami. Projekt ma na celu wydłużenie biokompatybilności i wydajności tribomechanicznej związanej z żywotnością implantów chirurgicznych na bazie tytanu (Ti). Hipoteza zakłada połączenie stopu Ti z hydroksyapatytem (HAp) i medycznie aktywnymi składnikami (funkcja dostarczania leku) w celu uzyskania doskonałego biomateriału wspomagającego wzrost kości i eliminującego problem poluzowania implantu poprzez jego integrację z kością. Projekt wykracza poza najnowocześniejszą obróbkę powierzchni laserem, otwierając leżącą u podstaw porowatość, poprawiając transport i wzrost komórek. Wynikowy biomateriał implantu zmniejszy liczbę operacji usuwania w przyszłości.

3. LIDER 14/0266/2023 Bioaktywny, kompozytowy granulat o potencjale do biodruku 3D – kierownik mgr inż. Dagmara Słota

Wykorzystanie technologii druku 3D do drukowania ubytków kości jest realną szansą na ratowanie zdrowia i życia pacjentów powypadkowych, lub tych zmagających się z chorobami prowadzącymi do deformacji czaszki. Niezbędny jest jednak w tym celu odpowiedni, biokompatybilny i bioaktywny materiał, który może być bezpiecznie wszczepiony do organizmu. Głównym celem projektu OsteoKomp jest opracowanie co najmniej dwóch kompozycji oraz technologii otrzymywania bioaktywnego, kompozytowego granulatu na bazie biokompatybilnego polimeru oraz fosforanu wapnia do druku 3D implantów kości ciemieniowej, czołowej i skroniowej. Fosforan wapnia zostanie dodany w celu podniesienia bioaktywności całego układu i będzie pełnił rolę fazy wzmacniającej, z kolei polimer wykorzystany zostanie w charakterze osnowy. Materiał w postaci granulatu wytworzony w ramach projektu charakteryzować się będą szeregiem cech, nowych lub w znacznym stopniu ulepszonych w stosunku do dostępnych na rynku komercyjnie oferowanych materiałów klasy medycznej. Materiał wykazywać będzie biomimetyczny charakter, bioaktywność w kierunku łączenia się z naturalnymi, otaczającymi tkankami, porowatość, która umożliwia wrastanie naczyń krwionośnych, a tym samym zapewnia lepsze mocowanie implantu oraz trwałość, ponieważ polimer wybrany na osnowę jest materiałem inertnym i nie ulega degradacji w środowisku biologicznym. Celem projektu jest opracowanie co najmniej dwóch kompozycji jak i technologii otrzymywania granulatu.

Martyna Papiernik