Lo scienziato dei materiali della Rice University Rafael Verduzco e lo studente laureato Morgan Barnes controllano un campione mentre lavorano su polimeri che cambiano forma. Hanno creato un elastomero a cristalli liquidi che può essere modellato in forme che si spostano da una all'altra quando vengono riscaldate. Credito:Jeff Fitlow/Rice University
Gli scienziati della Rice University hanno creato un gommoso, materiale mutaforma che si trasforma da una forma sofisticata a un'altra su richiesta.
Le forme programmate in un polimero dallo scienziato dei materiali Rafael Verduzco e dallo studente laureato Morgan Barnes appaiono in condizioni ambientali e si sciolgono quando viene applicato il calore. Il processo funziona anche al contrario.
Il buon funzionamento smentisce una battaglia su scala nanometrica, dove i cristalli liquidi e l'elastomero in cui sono incorporati combattono per il controllo. Quando è fresco, domina la forma programmata nei cristalli liquidi, ma quando riscaldato, i cristalli si rilassano all'interno dell'elastomero simile a un elastico, come il ghiaccio che si scioglie nell'acqua.
Nella maggior parte dei campioni che Barnes ha realizzato finora, incluso un volto, un logo Riso, un mattoncino Lego e una rosa:il materiale assume la sua forma complessa a temperatura ambiente, ma quando riscaldato a una temperatura di transizione di circa 80 gradi Celsius (176 gradi Fahrenheit), crolla in un foglio piatto. Quando il calore viene rimosso, le forme riappaiono entro un paio di minuti.
Per quanto fantasioso possa sembrare, il materiale promette bene per i robot morbidi che imitano gli organismi e per le applicazioni biomediche che richiedono materiali che assumono forme preprogrammate a temperatura corporea.
La ricerca è descritta nella rivista Royal Society of Chemistry Materia morbida .
Una faccia realizzata con un polimero unico alla Rice University prende forma quando viene raffreddata e si appiattisce quando viene riscaldata. Il materiale può essere utile nella creazione di robot morbidi e per applicazioni biomediche. Credito:Jeff Fitlow/Rice University
"Questi sono fatti con la chimica in due fasi che è stata fatta per molto tempo, " disse Verduzco, professore di ingegneria chimica e biomolecolare e di scienza dei materiali e nanoingegneria. "Le persone si sono concentrate sulla modellazione dei cristalli liquidi, ma non avevano pensato a come queste due reti interagiscono tra loro.
"Abbiamo pensato che se potessimo ottimizzare l'equilibrio tra le reti, rendendole non troppo rigide e non troppo morbide, potremmo ottenere questi sofisticati cambiamenti di forma".
Lo stato a cristalli liquidi è più facile da programmare, Egli ha detto. Una volta che il materiale viene dato forma in uno stampo, cinque minuti di polimerizzazione sotto la luce ultravioletta impostano l'ordine cristallino. Barnes ha anche realizzato campioni che alternano due forme.
"Invece di semplici cambiamenti di forma uniassiali, dove hai qualcosa che si allunga e si contrae, siamo in grado di avere qualcosa che va da una forma 2-D a una forma 3-D, o da una forma 3D a un'altra forma 3D, " lei disse.
Il prossimo obiettivo del laboratorio è abbassare la temperatura di transizione. "L'attivazione a temperatura corporea ci apre a molte più applicazioni, " Ha detto Barnes. Ha detto che i pulsanti tattili dello smartphone che appaiono quando vengono toccati o il testo braille reattivo per i non vedenti sono a portata di mano.
Le piacerebbe anche sviluppare una variante che reagisca alla luce piuttosto che al calore. "Vogliamo renderlo foto-responsive, " ha detto Barnes. "Invece di riscaldare l'intero campione, è possibile attivare solo la parte dell'elastomero a cristalli liquidi che si desidera controllare. Sarebbe un modo molto più semplice per controllare un robot morbido".
