Μηχανικοί του University of Colorado Boulder ανέπτυξαν ένα νέο υλικό, το οποίο είναι ικανό να μεταμορφώνεται σε πολύπλοκα, προγραμματισμένα σχήματα μέσω ερεθισμάτων φωτός και θερμότητας- επιτρέποντας πχ σε ένα μικρό τετράγωνο πασσαλάκι να προσαρμόζεται έτσι ώστε να χωρά σε στρογγυλές τρύπες πριν ανακτήσει την αρχική του μορφή.
Το υλικό αυτό περιγράφεται σε δημοσίευση στο Science Advances και αναμένεται να έχει ευρεία γκάμα εφαρμογών για τομείς όπως οι κατασκευές, η ρομποτική, οι τεχνητοί μύες, η ιατρική κ.α.
«Η δυνατότητα δημιουργίας υλικών που μπορούν επανειλημμένα να εναλλάσσονται πίσω και εμπρός μεταξύ δύο ανεξάρτητων σχημάτων, μέσω έκθεσης στο φως, θα ανοίξει ένα μεγάλο εύρος νέων εφαρμογών και προσεγγίσεων σε διάφορους τομείς» λέει ο Κρίστοφερ Μπόουμαν, senior author της νέας μελέτης και καθηγητής στο Τμήμα Χημικών και Βιολογικών Μηχανικών του CU Boulder.
Προηγούμενες προσπάθειες χρησιμοποιούσαν μια σειρά φυσικών μηχανισμών για την αλλαγή του σχήματος, του μεγέθους ή της υφής ενός αντικειμένου, με προγραμματισμένα ερεθίσματα. Ωστόσο τέτοιου είδους υλικά είναι περιορισμένων δυνατοτήτων ως προς το μέγεθός τους και το εύρος δυνατοτήτων τους, και οι μεταβολές είναι σε γενικές γραμμές δύσκολο να αντιστραφούν πλήρως.
Το υλικό του CU Boulder επιτυγχάνει προγραμματίσιμες αμφίδρομες μεταμορφώσεις σε μακροσκοπικό επίπεδο, χρησιμοποιώντας ελαστομερή υγρών κρυστάλλων (LCE), δηλαδή στην ουσία την ίδια τεχνολογία που χρησιμοποιείται σε σύγχρονες οθόνες τηλεόρασης, η οποία είναι επιρρεπής σε δυναμικές μεταβολές μέσω θερμότητας και φωτός.
Αυτό που έκαναν οι ερευνητές ήταν να εγκαταστήσουν έναν ενεργοποιούμενο από το φως διακόπτη σε δίκτυα LCE, που μπορεί να τα «ενεργοποιεί» έτσι ώστε να παίρνουν συγκεκριμένα σχήματα που έχουν ρυθμιστεί από πριν, μέσω της έκθεσης του αντικειμένου σε συγκεκριμένα μήκη φωτός. Ο διακόπτης παραμένει ανενεργός μέχρι να εκτεθεί στο αντίστοιχο θερμικό ερέθισμα- πχ ένα οριγκάμι που έχει προγραμματιστεί έτσι θα παραμείνει διπλωμένο σε θερμοκρασία δωματίου- ωστόσο εάν θερμανθεί, ξεδιπλώνεται. Αργότερα, καθώς η θερμοκρασία επανέρχεται στα κανονικά επίπεδα, ανακτά το αρχικό του σχήμα.
Η δυνατότητα εναλλαγής μεταξύ των σχημάτων παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, ειδικά για μελλοντικές συσκευές βιοϊατρικής, που θα γίνονταν πιο εύκαμπτες και θα προσαρμόζονταν καλύτερα σε σχέση με τις σημερινές.
Το υλικό αυτό περιγράφεται σε δημοσίευση στο Science Advances και αναμένεται να έχει ευρεία γκάμα εφαρμογών για τομείς όπως οι κατασκευές, η ρομποτική, οι τεχνητοί μύες, η ιατρική κ.α.
«Η δυνατότητα δημιουργίας υλικών που μπορούν επανειλημμένα να εναλλάσσονται πίσω και εμπρός μεταξύ δύο ανεξάρτητων σχημάτων, μέσω έκθεσης στο φως, θα ανοίξει ένα μεγάλο εύρος νέων εφαρμογών και προσεγγίσεων σε διάφορους τομείς» λέει ο Κρίστοφερ Μπόουμαν, senior author της νέας μελέτης και καθηγητής στο Τμήμα Χημικών και Βιολογικών Μηχανικών του CU Boulder.
Προηγούμενες προσπάθειες χρησιμοποιούσαν μια σειρά φυσικών μηχανισμών για την αλλαγή του σχήματος, του μεγέθους ή της υφής ενός αντικειμένου, με προγραμματισμένα ερεθίσματα. Ωστόσο τέτοιου είδους υλικά είναι περιορισμένων δυνατοτήτων ως προς το μέγεθός τους και το εύρος δυνατοτήτων τους, και οι μεταβολές είναι σε γενικές γραμμές δύσκολο να αντιστραφούν πλήρως.
Το υλικό του CU Boulder επιτυγχάνει προγραμματίσιμες αμφίδρομες μεταμορφώσεις σε μακροσκοπικό επίπεδο, χρησιμοποιώντας ελαστομερή υγρών κρυστάλλων (LCE), δηλαδή στην ουσία την ίδια τεχνολογία που χρησιμοποιείται σε σύγχρονες οθόνες τηλεόρασης, η οποία είναι επιρρεπής σε δυναμικές μεταβολές μέσω θερμότητας και φωτός.
Αυτό που έκαναν οι ερευνητές ήταν να εγκαταστήσουν έναν ενεργοποιούμενο από το φως διακόπτη σε δίκτυα LCE, που μπορεί να τα «ενεργοποιεί» έτσι ώστε να παίρνουν συγκεκριμένα σχήματα που έχουν ρυθμιστεί από πριν, μέσω της έκθεσης του αντικειμένου σε συγκεκριμένα μήκη φωτός. Ο διακόπτης παραμένει ανενεργός μέχρι να εκτεθεί στο αντίστοιχο θερμικό ερέθισμα- πχ ένα οριγκάμι που έχει προγραμματιστεί έτσι θα παραμείνει διπλωμένο σε θερμοκρασία δωματίου- ωστόσο εάν θερμανθεί, ξεδιπλώνεται. Αργότερα, καθώς η θερμοκρασία επανέρχεται στα κανονικά επίπεδα, ανακτά το αρχικό του σχήμα.
Η δυνατότητα εναλλαγής μεταξύ των σχημάτων παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, ειδικά για μελλοντικές συσκευές βιοϊατρικής, που θα γίνονταν πιο εύκαμπτες και θα προσαρμόζονταν καλύτερα σε σχέση με τις σημερινές.
