Een nieuw materiaal ontwikkeld door ingenieurs van de Universiteit van Colorado in Boulder kan transformeren in complexe, voorgeprogrammeerde vormen via licht- en temperatuurstimuli, waardoor een letterlijke vierkante pen kan veranderen en in een rond gat past voordat hij volledig terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm.

Het controleerbare vormveranderende materiaal, vandaag beschreven in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang , zou brede toepassingen kunnen hebben voor de productie, robotica, biomedische apparaten en kunstmatige spieren.

"Het vermogen om materialen te vormen die herhaaldelijk heen en weer kunnen oscilleren tussen twee onafhankelijke vormen door ze bloot te stellen aan licht, zal een breed scala aan nieuwe toepassingen en benaderingen openen voor gebieden zoals additive manufacturing, robotica en biomaterialen", zei Christopher Bowman, senior auteur van de nieuwe studie en een Distinguished Professor in CU Boulder's Department of Chemical and Biological Engineering (CHBE).

Eerdere pogingen hebben een verscheidenheid aan fysieke mechanismen gebruikt om de grootte van een object te veranderen, vorm of textuur met programmeerbare stimuli. Echter, dergelijke materialen zijn historisch gezien beperkt in omvang of omvang en de veranderingen in de toestand van het object zijn moeilijk volledig ongedaan te maken.

Het nieuwe CU Boulder-materiaal bereikt gemakkelijk programmeerbare tweerichtingstransformaties op macroscopisch niveau door gebruik te maken van vloeibare kristalelastomeren (LCE's), dezelfde technologie die ten grondslag ligt aan moderne televisieschermen. De unieke moleculaire rangschikking van LCE's maakt ze vatbaar voor dynamische verandering via warmte en licht.

Om dit op te lossen, de onderzoekers installeerden een door licht geactiveerde trigger voor LCE-netwerken die vooraf een gewenste moleculaire uitlijning kunnen instellen door het object bloot te stellen aan bepaalde golflengten van licht. De trigger blijft dan inactief totdat hij wordt blootgesteld aan de bijbehorende warmtestimuli. Bijvoorbeeld, een met de hand gevouwen origami-zwaan die op deze manier is geprogrammeerd, blijft op kamertemperatuur gevouwen. Bij verhitting tot 200 graden Fahrenheit, echter, de zwaan ontspant zich tot een plat laken. Later, als het weer afkoelt tot kamertemperatuur, het zal geleidelijk zijn voorgeprogrammeerde zwaanvorm terugkrijgen.

De mogelijkheid om te veranderen en vervolgens terug te veranderen geeft dit nieuwe materiaal een breed scala aan mogelijke toepassingen, vooral voor toekomstige biomedische apparaten die flexibeler en aanpasbaarder kunnen worden dan ooit tevoren.

"We zien dit als een elegant basissysteem voor het transformeren van de eigenschappen van een object, " zei Matthew McBride, hoofdauteur van de nieuwe studie en een postdoctoraal onderzoeker in CHBE. "We zijn van plan om door te gaan met het optimaliseren en verkennen van de mogelijkheden van deze technologie."