En squishy Rubiks Cube, som kemikere bygget af polymerer holder løfte om datalagring

Et hold kemikere fra USA og Kina har konstrueret en terning af farvede, hydrogel blokke, som ligner og fungerer meget som en Rubiks terning. Forskerne siger, at deres arbejde er mere end bare sjovt at lege med:det kan måske inspirere til nye måder at gemme og opdage information på, og muligvis endda hjælpe patienter med at overvåge deres medicinske tilstande.

Ligesom legetøjet, den nye struktur indeholder roterbare individuelle rækker og kolonner; manipulering af disse ændrer farvemønsteret på kubens seks flader. Men i modsætning til den stive plastik i en Rubik's Cube, denne nye struktur er lavet af en selvhelbredende hydrogel, et squishy polymermateriale, der kan absorbere store mængder vand og danne nye kemiske bindinger, når gamle bindinger brydes.

Holdet kom op med strukturen som en del af en større indsats for at finde nye måder at indkode information i fysiske objekter.

"Tænk på QR-koder, som er mønstre af sorte og hvide pixels på en todimensionel overflade, der bruges til at lagre information, " sagde Jonathan Sessler, en professor i kemi ved University of Texas i Austin og medforfatter til en undersøgelse offentliggjort i dag i tidsskriftet Avancerede materialer . "Vi udforsker måder at indkode information i farvemønstre og i tre dimensioner, teoretisk fører til en meget højere informationstæthed."

Matematikere anslår, at der er omkring 43 kvintillioner - det er 43 gange 10 til 18. potens - unikke konfigurationer af en Rubik's Cube, at foreslå en terning kunne gemme en enorm mængde information.

"I løbet af kort tid, du kan manipulere interaktionerne mellem de små blokke, " sagde Sessler. "Det er klistret, men de sidder ikke fast. Så over længere tid, sige 24 timer, strukturen låser på plads."

De 27 byggeklodser i kuben blev farvet ved hjælp af en revolutionær ny klasse af fluorescerende prikker opfundet af Ben Zhong Tang, en kemiker ved Hong Kong University of Science and Technology, og projektet blev ledet af Xiaofan Ji, en tidligere postdoktor ved UT Austin, arbejder nu i Tangs laboratorium.

Når dele af en selvhelbredende hydrogel rives fra hinanden og derefter fastgøres igen i en anden retning, nye kemiske bindinger dannes for at holde det i den nye konfiguration. En af udfordringerne med at lave den nye squishy Rubik's Cube var at gøre bindingerne svage nok til, at rækkerne nemt kunne roteres med hånden, men alligevel stærk nok til, at hele strukturen bevarer sin form.

Yderligere udvikling vil være nødvendig, før innovationen kan anvendes til datalagring, eller til andre applikationer, såsom i bærbare sensorer, der overvåger en patients kemiske ændringer, for eksempel, hos en person med diabetes.

I 1980'erne, i dagene før var løsninger på alle livets problemer kun en hurtig internetsøgning væk, Sessler brugte matematik til at finde forskellige serier af rotationer, der kunne bruges til at omarrangere farvemønstre på en Rubiks terning på en kontrolleret måde. Med tid nok, han kunne tage en forvrænget terning og gendanne den til sin oprindelige tilstand, med solide farver på hvert ansigt.

"Jeg ville være til en fest, og nogen ville kaste mig en Rubik's Cube, "Sessler huskede. "Og jeg ville gå ud i hjørnet og løse det på en socialt acceptabel tid - sådan noget i retning af 10 eller 20 minutter."

"Nu, sagde Sessler, "med denne nye Rubik's Cube, alt, hvad vi skal gøre, er at trække det fra hinanden og sætte blokkene sammen igen, hvor vi vil. Vi kan løse problemet på få sekunder ved at bruge kemiens kraft til at snyde."