Исследователи из Института физико-химических исследований RIKEN разработали уникальный чувствительный к температуре материал на основе гидрогеля. Из этого материала можно мастерить растягивающиеся и сокращающиеся объекты, а также создавать самостоятельно перемещающиеся пласты.
Полимеры, такие как гидрогель, содержат в своей структуре большие объёмы воды. Эта особенность придаёт некоторые интересные свойства подобным материалам: они способны реагировать на различные факторы окружающей среды, к примеру, на изменения в кислотности, температуре или электрическое напряжение.
Как правило, реакция материала на подобные изменения довольно медленная, поскольку гидрогель должен выделять или поглощать воду, чтобы сокращаться или увеличиваться в объёме соответственно.
Японские учёные переосмыслили дизайн изделия из гидрогеля таким образом, чтобы пласт из нового материала мог расширяться с одного края и сокращаться с другого. Поскольку гидрогель не сокращается в одинаковой степени со всех концов, он получает возможность изменять свою форму без поглощения или выделения воды.
Чтобы проверить свою идею на практике, исследователи провели эксперимент. Они создали кусок из нового материала в форме буквы L. Внутрь они поместили металлоксидные нанолисты, их затем расположили в одной плоскости при помощи магнитного поля. Затем нанолисты скрепили вместе при помощи методики, называемой светоиндуцированной in situ виниловой полимеризацией (light-triggered in situ vinyl polymerization). Теперь нанолисты могли создавать электростатическое сопротивление в одном направлении, но не в другом.
L-образный объект поместили в ванну. Температуру среды изменяли несколько раз и наблюдали за реакцией объекта.
Ноги L-образного куска полимера своевременно растягивались и сокращались, позволяя объекту буквально шагать в воде. Учёные отмечают в пресс-релизе, что, несмотря на изменение в форме конструкции, её объём не менялся. Форма же полимера менялась приблизительно на 70% за одну секунду.
"В принципе подобные объекты из нашего гидрогеля могут передвигаться не только в водной среде, но и в воздухе. При этом движение не прекратится до тех пор, пока будут повторяться циклы нагревания и охлаждения", — рассказывает ведущий автор исследования Ясухиро Исида (Yasuhiro Ishida).
Исида и его коллеги видят потенциальное применение своей разработки в биомедицине и робототехнике. Они утверждают, что из термочувствительных полимеров можно создавать искусственные мышцы, мембраны, клапаны и другие компоненты внутренних органов.
Сейчас исследователи работают над созданием гидрогеля, чувствительного и к другим стимулам среды, не только к температуре. А статья об уже существующей разработке вышла в журнале Nature (от ред. Nature Materials).
