Nowy materiał polimerowy, który może zmienić przyszłość miękkich robotów i biomedycyny
W świecie nauki pojawiło się właśnie niezwykłe osiągnięcie, które może zrewolucjonizować sposób tworzenia materiałów miękkich. Zespół badaczy opracował innowacyjny polimer o zdolności zmiany kształtu, który bazuje na elastomerze ciekłokrystalicznym (ang. liquid crystalline elastomer, LCE). To miękki, przypominający gumę materiał, reagujący na bodźce zewnętrzne, takie jak światło czy temperatura. Dzięki swojej wszechstronności, polimer może poruszać się w różnych kierunkach, co przypomina naturalne ruchy zwierząt. Wystarczy wspomnieć o takich funkcjach jak skręcanie, pochylanie się w lewo i prawo czy zdolność do rozciągania i kurczenia się.
—
Fascynująca natura ciekłych kryształów
Elastomery ciekłokrystaliczne to materiały o wyjątkowych właściwościach, które nie są dostępne w tradycyjnych materiałach. Jak podkreśla Xiaoguang Wang, współautor badań i profesor inżynierii chemicznej oraz biomolekularnej z Uniwersytetu Stanu Ohio, praca z ciekłymi kryształami jest niezwykle inspirująca. „Ciekłe kryształy mają orientacyjną strukturę, co oznacza, że mogą samoczynnie się wyrównywać. Kiedy podgrzewamy LCE, materiały te przechodzą przez różne fazy, co zmienia ich strukturę i właściwości” – wyjaśnia Wang.
W tradycyjnych materiałach ruch w wielu kierunkach często wymaga stosowania kilku komponentów lub zaawansowanych technologii. Tymczasem nowy polimer to jednolita struktura, która dzięki odpowiedniemu zarządzaniu temperaturą potrafi skręcać się w dwóch kierunkach. Ta właściwość może znacząco uprościć proces produkcji oraz zwiększyć jego efektywność.
—
Możliwe zastosowania w robotyce i medycynie
Zdolność tego polimeru do zmiany kształtu otwiera drzwi do wielu innowacyjnych zastosowań, takich jak tworzenie miękkich robotów czy sztucznych mięśni. Można sobie wyobrazić urządzenia medyczne nowej generacji, które będą bardziej przyjazne dla pacjentów dzięki swojej elastyczności i precyzji. Co więcej, wspomniany materiał może znaleźć zastosowanie w systemach dostarczania leków, zaawansowanych biosensorach czy robotach zdolnych do wykonywania skomplikowanych manewrów.
Obecnie ciekłe kryształy są najczęściej wykorzystywane w wyświetlaczach telewizorów i smartfonów. Jednak ich degradacja w miarę upływu czasu skłania naukowców do poszukiwania nowych obszarów zastosowań. Rozwój technologii LED sprawił, że badania nad ciekłymi kryształami nabrały nowego tempa.
—
Trzy fazy i ich znaczenie
Jednym z najważniejszych odkryć opublikowanych w badaniu było opisanie trzech faz, przez które materiał przechodzi podczas zmian temperatury. Jak tłumaczy Alan Weible, współautor badań i doktorant na Uniwersytecie Stanu Ohio, te fazy umożliwiają molekułom reorganizację, co zapewnia materiałowi zdolność do ambidirectionalnej (dwukierunkowej) deformacji kształtu. Co więcej, skala tego materiału może być dostosowana – od mikroskopijnych rozmiarów po duże elementy – aby sprostać różnym potrzebom.
„Nasze badanie otwiera nowe kierunki dla naukowców, którzy mogą zacząć syntezować inne wielofazowe materiały” – podkreśla Wang.
—
Przyszłość polimerów w nauce i technologii
Opracowany polimer to dopiero początek. Naukowcy przewidują, że przy wykorzystaniu bardziej zaawansowanych technologii obliczeniowych materiał ten może znaleźć zastosowanie w delikatnych operacjach chirurgicznych, takich jak projektowanie sztucznych mięśni czy stawów. Może także ulepszyć nanoroboty wykorzystywane w medycynie, które muszą działać w bardzo precyzyjny sposób.
„W ciągu najbliższych kilku lat planujemy rozwijać nowe aplikacje i mamy nadzieję na znaczące osiągnięcia w dziedzinie biomedycyny” – zapowiada Weible. Współpraca wielu instytucji, w tym Uniwersytetu Harvarda, Uniwersytetu Groningen oraz Brookhaven National Laboratory, pokazuje, jak interdyscyplinarne podejście przyspiesza rozwój tego obszaru.
—
Wsparcie i perspektywy
Badania były możliwe dzięki wsparciu Departamentu Energii USA oraz Centrum Badań Materiałowych Uniwersytetu Harvarda. Połączenie wiedzy naukowej i technologicznej sprawia, że ten innowacyjny polimer ma ogromny potencjał. Przełomowe odkrycia, takie jak to, mogą nie tylko zmienić sposób, w jaki postrzegamy materiały miękkie, ale także otworzyć nowe możliwości w takich dziedzinach jak robotyka, biomedycyna czy elektronika.
To, co obecnie wydaje się futurystyczną wizją, może wkrótce stać się rzeczywistością codziennego życia – inteligentne materiały zdolne do samodzielnego dostosowywania się do dynamicznego otoczenia.
