Il loro lavoro estende il campo emergente degli “idrogel kirigami”, in cui i modelli vengono tagliati in una pellicola sottile consentendole successivamente di gonfiarsi in complesse strutture di idrogel. La ricerca è pubblicata sulla rivista Science and Technology of Advanced Materials .

Gli idrogel hanno una rete di molecole che attraggono l'acqua (idrofile), consentendo alla loro struttura di gonfiarsi sostanzialmente quando esposta all'acqua che viene incorporata all'interno della rete molecolare. I ricercatori Daisuke Nakagawa e Itsuo Hanasaki hanno lavorato con una pellicola inizialmente secca composta da nanofibre di cellulosa, il materiale naturale che costituisce gran parte della struttura delle pareti cellulari delle piante.

Hanno utilizzato la lavorazione laser per tagliare le strutture nella pellicola prima che venisse aggiunta l'acqua consentendo alla pellicola di gonfiarsi. Il particolare disegno del modello Kirigami funziona in modo tale che la larghezza aumenta quando viene allungato in direzione longitudinale, caratteristica chiamata proprietà auxetica. Questa proprietà auxetica emerge a condizione che lo spessore cresca sufficientemente quando il film sottile originale è bagnato.

"Poiché Kirigami significa letteralmente il disegno tagliato della carta, originariamente era destinato a strutture di fogli sottili. D'altra parte, il nostro meccanismo auxetico bidimensionale si manifesta quando lo spessore del foglio è sufficiente, e questa tridimensionalità della struttura dell'idrogel emerge gonfiandosi quando viene utilizzato. È conveniente conservarlo allo stato secco prima dell'uso, anziché mantenere lo stesso livello di contenuto di acqua dell'idrogel," afferma Hanasaki.

"Inoltre, l'auxeticità viene mantenuta durante il carico ciclico che fa sì che la deformazione adattativa dell'idrogel raggiunga un altro stato strutturale. Sarà importante per la progettazione di materiali intelligenti."

Le potenziali applicazioni per gli idrogel adattivi includono componenti morbidi delle tecnologie robotiche, che consentono loro di rispondere in modo flessibile quando interagiscono con gli oggetti che stanno manipolando, ad esempio. Potrebbero anche essere incorporati in interruttori software e componenti di sensori.

Gli idrogel sono allo studio anche per applicazioni mediche, tra cui ingegneria dei tessuti, medicazioni per ferite, sistemi di somministrazione di farmaci e materiali in grado di adattarsi in modo flessibile al movimento e alla crescita. Il progresso nel campo degli idrogel kirigami ottenuto dal team TUAT estende in modo significativo le opzioni per le future applicazioni dell'idrogel.

"Mantenere le caratteristiche progettate dimostrando allo stesso tempo l'adattabilità alle condizioni ambientali è vantaggioso per lo sviluppo della multifunzionalità", conclude Hanasaki.