Formskiftende materiale kan forvandles, vende sig selv ved hjælp af varme, lys

Et nyt materiale udviklet af University of Colorado Boulders ingeniører kan forvandle sig til komplekse, forprogrammerede former via lys- og temperaturstimuli, tillade en bogstavelig firkantet pind at forme og passe ind i et rundt hul, før den vender helt tilbage til sin oprindelige form.

Det kontrollerbare formskiftende materiale, beskrevet i dag i journalen Videnskabens fremskridt , kunne have brede anvendelsesmuligheder til fremstilling, robotteknologi, biomedicinsk udstyr og kunstige muskler.

"Evnen til at danne materialer, der gentagne gange kan svinge frem og tilbage mellem to uafhængige former ved at udsætte dem for lys, vil åbne op for en lang række nye applikationer og tilgange til områder som additiv fremstilling, robotik og biomaterialer", sagde Christopher Bowman, seniorforfatter af den nye undersøgelse og en fremtrædende professor i CU Boulders afdeling for kemi- og biologisk teknik (CHBE).

Tidligere bestræbelser har brugt en række fysiske mekanismer til at ændre et objekts størrelse, form eller tekstur med programmerbare stimuli. Imidlertid, sådanne materialer har historisk set været begrænset i størrelse eller omfang, og ændringerne i objekttilstanden har vist sig at være svære at vende fuldstændigt.

Det nye CU Boulder-materiale opnår let programmerbare to-vejs transformationer på et makroskopisk niveau ved at bruge flydende krystal elastomerer (LCE'er), den samme teknologi, der ligger til grund for moderne tv-skærme. Det unikke molekylære arrangement af LCE'er gør dem modtagelige for dynamiske ændringer via varme og lys.

For at løse dette, forskerne installerede en lysaktiveret trigger til LCE-netværk, der kan indstille en ønsket molekylær justering på forhånd ved at udsætte objektet for bestemte bølgelængder af lys. Udløseren forbliver derefter inaktiv, indtil den udsættes for de tilsvarende varmestimuli. For eksempel, en håndfoldet origami-svane programmeret på denne måde forbliver foldet ved stuetemperatur. Når den opvarmes til 200 grader Fahrenheit, imidlertid, svanen slapper af til et fladt lagen. Senere, når det afkøles til stuetemperatur, den vil gradvist genvinde sin forprogrammerede svaneform.

Evnen til at ændre og derefter skifte tilbage giver dette nye materiale en bred vifte af mulige anvendelser, især for fremtidige biomedicinske anordninger, der kunne blive mere fleksible og tilpasningsdygtige end nogensinde før.

"Vi ser dette som et elegant fundamentsystem til at transformere et objekts egenskaber, " sagde Matthew McBride, hovedforfatter på det nye studie og en post-doc forsker i CHBE. "Vi planlægger at fortsætte med at optimere og udforske denne teknologis muligheder."