Konec závislosti na vzácných magnetech? Japonci ukázali motor s rotorem z plastu, který pohání elektrostatická síla

Žádné cívky, žádné permanentní magnety, žádný neodym. Napětí pouhých šedesát voltů. Přesto šlo o první praktickou ukázku toho, že elektrostatická síla, kterou fyzici znají přes sto let, dokáže pohánět rotační motor, pokud ji necháte pracovat ve správném médiu. Studie vyšla v časopise Communications Engineering a její autoři ji sami označují za důkaz principu. Ne za revoluci v pohonech elektromobilů. Ale právě v tom je její síla: otevírá dveře, o kterých nikdo nevěděl, že existují.

Proč jsou dnešní motory rukojmím vzácných zemin

Téměř každý výkonný kompaktní elektromotor, od pohonu elektromobilu po servomotor průmyslového robota, stojí na permanentních magnetech ze slitiny neodymu, železa a boru (NdFeB). Pro vyšší teplotní odolnost se přidává dysprosium a terbium. Americké ministerstvo energetiky uvádí, že prakticky všechna hybridní a plug-in vozidla používají právě tento typ motoru kvůli hustotě výkonu, kterou žádná jiná architektura zatím nepřekonala.

Problém není fyzikální, ale geopolitický. Podle Mezinárodní agentury pro energii Čína v roce 2024 kontrolovala 94 % světové výroby slinutých permanentních magnetů a 91 % rafinace magnetických vzácných zemin. Evropská komise uvádí, že EU kryje 98 % své poptávky po magnetech dovozem z Číny a 100 % vzácných zemin pro permanentní magnety se rafinuje právě tam. V dubnu 2025 Peking zavedl exportní kontroly. Některé automobilky mimo Čínu podle IEA následně omezily nebo dočasně zastavily výrobu. Nejde o teoretickou hrozbu. Jde o realitu, která se už projevila na linkách.

Český autoprůmysl je zasažen nepřímo, ale citelně. Za prvních deset měsíců roku 2025 se v Česku vyrobilo 235 207 elektrifikovaných osobních aut, z toho 183 205 čistě bateriových. Škoda u modelů Enyaq a Elroq používá na zadní nápravě permanentní synchronní motor o výkonu 210 kW. Každý takový motor potřebuje neodymové magnety.

Co tokijský prototyp skutečně předvedl

Tým kolem profesora Nišimury nevynalezl nový typ magnetu. Udělal něco jiného: vzal sílu, kterou všichni znali, ale nikdo neuměl využít, a našel pro ni médium, ve kterém konečně funguje.

Klíčem je příčný Maxwellův stres, tedy elektrostatická síla působící kolmo na směr elektrického pole. V běžných kapalinách je tak slabá, že nemá praktický význam. Jenže ve ferroelektrické nematické kapalině DIO/DIO-CN, která má relativní permitivitu přes 10 000, tato síla narostla na hodnoty přes 1 000 N/m². To je zhruba jeden kilopascal, dost na to, aby kapalina v experimentu zvedla sloupec o výšce přes 80 milimetrů.

Samotný motor vypadá jednoduše: stator tvoří vícepólové elektrody, mezi nimi je ferroelektrická kapalina a v ní se otáčí rotor z pryskyřice vytištěný na 3D tiskárně. Šestnáct pólů, vnější průměr 18 mm, tloušťka jeden milimetr. Třífázové obdélníkové buzení 0–60 V mění rozložení síly na rozhraní kapalina–rotor a váleček se točí. Při škálovaném testu se stokrát větší aktivní plochou autoři naměřili stabilní tah 73 milinewtonů po dobu nejméně 25 sekund, opakovaně v pěti bězích.

Důležitý detail: v kontrolních pokusech se stejný efekt neobjevil ani u silikonového oleje, ani u běžného neferroelektrického kapalného krystalu 5CB. Nejde tedy o obecnou vlastnost „jakékoli kapaliny v elektrickém poli“, ale o specifickou schopnost ferroelektrické směsi.

Proč to trvalo tak dlouho

Elektrostatiku zná fyzika od 18. století. Příčný Maxwellův stres je v učebnicích. Proč tedy nikdo nepostavil takový motor dřív?

Odpověď je materiálová. V běžných dielektrikách je příčná síla tak slabá, že ji nikdo makroskopicky nepozoroval pouhým okem. Starší elektrostatické motory existovaly, ale vyžadovaly pole v řádu desítek až stovek megavoltů na metr, tedy tisícinásobně vyšší než tokijský prototyp, který se rozběhne už při 0,03 MV/m. Zlom nastal v roce 2017, kdy byly objeveny polární nematické kapalné krystaly. Ty kombinují tři vlastnosti, které žádný dřívější materiál neměl současně: spontánní polarizaci, extrémně vysokou dielektrickou odezvu a tekutost. Tekutost je zásadní, protože pevný feroelektrik by sílu vyvinul, ale nemohl by ji mechanicky předat rotoru.

Co prototyp neumí, a proč to nevadí

Tady je potřeba být přesný. Studie nepublikuje výkon v kilowattech. Neuvádí točivý moment srovnatelný s trakčními motory. Neobsahuje data o účinnosti, únavě materiálu, vibracích, teplotních cyklech ani dlouhodobém stárnutí kapaliny. Směs DIO/DIO-CN funguje ve ferroelektrické fázi jen mezi 22 a 52 °C; experimenty probíhaly při 46–48 °C. Pro srovnání: zadní motor Škody Enyaq dodává 210 kW. Tokijský prototyp generuje sílu 73 milinewtonů.

Jsou to nesrovnatelné kategorie. A právě proto je důležité pojmenovat, kde skutečná hodnota leží.

Podle nás nejslibnější první nasazení nejsou elektromobily, ale lehké a přesné pohony, kde dnešní elektromagnetické motory nejsou ideální:

• Robotika a měkká robotika – nízká hmotnost rotoru, minimální setrvačnost, žádné magnetické pole.
• Kompaktní mechanismy – buzení desítkami voltů místo stovek, jednodušší elektronika.
• Citlivá technika – medicínské přístroje nebo datová zařízení, kde magnetické pole ruší.

Institucionální materiál Institute of Science Tokyo výslovně zmiňuje robotiku, kompaktní zařízení a přesné systémy jako nejpravděpodobnější směr.

Důkaz principu, ne konec příběhu

Cesta od laboratorního demonstrátoru k sériové výrobě je dlouhá a plná nezodpovězených otázek: jak těsnit kapalinu při tisících otáček, jak rozšířit teplotní okno, jak škálovat sílu na úroveň průmyslových pohonů, kolik bude stát výroba ferroelektrické směsi v objemu. Harmonogram komercializace autoři nepublikovali a v horizontu nejbližších let sériové nasazení v evropských výrobních linkách nečekáme.

Co ale tokijský tým dokázal, je něco jiného než „náhrada magnetů“. Ukázal, že existuje celá nová větev pohonů, která dosud ležela za hranicí praktické použitelnosti. Osmnáctimilimetrový váleček z pryskyřice se točí v misce s kapalným krystalem při šedesáti voltech. Zní to jako laboratorní kuriozita. Jenže před deseti lety by to neznělo vůbec, protože nikdo nevěřil, že to půjde.