Wetenschappers van Rice University hebben een rubberachtig, vormveranderend materiaal dat op verzoek van de ene verfijnde vorm in de andere verandert.

De vormen die door materiaalwetenschapper Rafael Verduzco en promovendus Morgan Barnes in een polymeer zijn geprogrammeerd, verschijnen in omgevingscondities en smelten weg wanneer warmte wordt toegepast. Het proces werkt ook omgekeerd.

De soepele werking logenstraft een strijd op nanoschaal, waar vloeibare kristallen en het elastomeer waarin ze zijn ingebed strijden om controle. Wanneer koel, de vorm geprogrammeerd in de vloeibare kristallen domineert, maar bij verhitting de kristallen ontspannen in het rubberen bandachtige elastomeer, als ijs dat in water smelt.

In de meeste voorbeelden die Barnes tot nu toe heeft gemaakt, waaronder een gezicht, een Rice-logo, een Legoblok en een roos - het materiaal krijgt zijn complexe vorm bij kamertemperatuur, maar bij verhitting tot een overgangstemperatuur van ongeveer 80 graden Celsius (176 graden Fahrenheit), het stort in tot een vlakke plaat. Wanneer de warmte wordt verwijderd, de vormen verschijnen binnen een paar minuten weer.

Hoe fantasievol dit ook lijkt, het materiaal is veelbelovend voor zachte robots die organismen nabootsen en voor biomedische toepassingen die materialen vereisen die voorgeprogrammeerde vormen aannemen op lichaamstemperatuur.

Het onderzoek is beschreven in het tijdschrift Royal Society of Chemistry Zachte materie .

"Deze zijn gemaakt met tweestapschemie die al heel lang wordt toegepast, " zei Verduzco, een professor in chemische en biomoleculaire engineering en van materiaalkunde en nano-engineering. "Mensen hebben zich gefocust op het modelleren van vloeibare kristallen, maar ze hadden er niet over nagedacht hoe deze twee netwerken met elkaar omgaan.

"We dachten dat als we de balans tussen de netwerken konden optimaliseren - ze niet te stijf en niet te zacht maken - we deze geavanceerde vormveranderingen zouden kunnen krijgen."

De vloeibare kristaltoestand is het gemakkelijkst te programmeren, hij zei. Zodra het materiaal vorm krijgt in een mal, vijf minuten uitharden onder ultraviolet licht bepaalt de kristallijne orde. Barnes maakte ook samples die wisselen tussen twee vormen.

"In plaats van eenvoudige uniaxiale vormveranderingen, waar je iets hebt dat verlengt en krimpt, we kunnen iets hebben dat van een 2D-vorm naar een 3D-vorm gaat, of van de ene 3D-vorm naar de andere 3D-vorm, " ze zei.

Het volgende doel van het lab is om de overgangstemperatuur te verlagen. "Activering bij lichaamstemperatuur opent ons voor veel meer toepassingen, "Zei Barnes. Ze zei dat tactiele smartphoneknoppen die verschijnen wanneer ze worden aangeraakt of reactieve brailletekst voor slechtzienden binnen handbereik zijn.

Ook wil ze graag een variant ontwikkelen die reageert op licht in plaats van op warmte. "We willen het fotogevoelig maken, ' zei Barnes. 'In plaats van het hele monster te verhitten, u kunt alleen het deel van het vloeibaar-kristalelastomeer activeren dat u wilt regelen. Dat zou een veel eenvoudigere manier zijn om een ​​zachte robot te besturen."