Science
“Pametni plastični” material je korak naprej k mehki, prilagodljivi robotiki in elektroniki
Raziskovalci teksaške univerze v Austinu so po navdihu živih bitij, od dreves do školjk, ustvarili plastiko, ki je podobna številnim oblikam življenja in je na nekaterih mestih trda in toga, na drugih pa mehka in raztegljiva. Njihov uspeh – prvi, pri katerem so za spreminjanje lastnosti, kot sta trdota in elastičnost molekul iste vrste, uporabili le svetlobo in katalizator – je prinesel nov material, ki je desetkrat trši od naravnega kavčuka in bi lahko vodil k bolj prilagodljivi elektroniki in robotiki.
Ugotovitve so bile objavljene v reviji Science [1].
“To je prvi material te vrste,” je povedal Zachariah Page, docent kemije in avtor članka. “Možnost nadzora kristalizacije in s tem fizikalnih lastnosti materiala z uporabo svetlobe je potencialno pomembna za nosljivo elektroniko ali aktuatorje v mehki robotiki.”
Znanstveniki že dolgo poskušajo s sintetičnimi materiali posnemati lastnosti živih struktur, kot sta koža in mišice. V živih organizmih strukture pogosto z lahkoto združujejo lastnosti, kot sta moč in prožnost. Pri uporabi mešanice različnih sintetičnih materialov za posnemanje teh lastnosti se materiali pogosto ne obnesejo, saj razpadajo in se trgajo na stičiščih med različnimi materiali.
Pogosto se pri združevanju materialov, zlasti če imajo zelo različne mehanske lastnosti, pojavi težnja po razdružitvi,” je dejal Page. Page in njegova ekipa so lahko nadzorovali in spreminjali strukturo materiala, podobnega plastiki, pri čemer so z uporabo svetlobe spreminjali čvrstost ali raztegljivost materiala.
Kemiki so začeli z monomerom, majhno molekulo, ki se povezuje z drugimi podobnimi molekulami in tvori gradnike večjih struktur, ki se imenujejo polimeri, ki so bili podobni polimerom, ki jih najdemo v najpogosteje uporabljeni plastiki. Po testiranju ducata katalizatorjev so našli polimer, ki je po dodatku k monomeru in prikazu vidne svetlobe povzročil nastanek polkristalnega polimera, podobnega tistim, ki jih najdemo v obstoječi sintetični gumi. Na območjih, ki se jih je dotaknila svetloba, je nastal trši in bolj tog material, medtem ko so neosvetljena območja ohranila mehke, raztegljive lastnosti.
Ker je snov izdelana iz enega materiala z različnimi lastnostmi, je bila močnejša in jo je bilo mogoče raztegniti dlje kot večino mešanih materialov.
Reakcija poteka pri sobni temperaturi, monomer in katalizator sta na voljo na trgu, raziskovalci pa so kot vir svetlobe v poskusu uporabili poceni modre LED diode. Reakcija prav tako traja manj kot eno uro in zmanjšuje uporabo nevarnih odpadkov, zato je postopek hiter, poceni, energetsko učinkovit in okolju prijazen. Raziskovalci si bodo prizadevali razviti več predmetov iz tega materiala, da bi še naprej preverjali njegovo uporabnost.
“Veselimo se, da bomo lahko raziskali metode za uporabo te kemije pri izdelavi 3D predmetov, ki vsebujejo tako trde kot mehke komponente,” je povedal prvi avtor Adrian Rylski, doktorski študent na univerzi UT Austin.
Ekipa predvideva, da bi material lahko uporabili kot prožno podlago za pritrditev elektronskih komponent v medicinskih napravah ali nosljivi tehnologiji. V robotiki so zaželeni močni in prožni materiali, ki izboljšujejo gibanje in vzdržljivost.
Pri raziskavi so sodelovali tudi Henry L. Cater, Keldy S. Mason, Marshall J. Allen, Anthony J. Arrowood, Benny D. Freeman in Gabriel E. Sanoja s teksaške univerze v Austinu.
Raziskavo so financirali Nacionalna znanstvena fundacija, ameriško ministrstvo za energijo in fundacija Roberta A. Welcha.
