Ett nytt material utvecklat av University of Colorado Boulders ingenjörer kan förvandlas till komplexa, förprogrammerade former via ljus- och temperaturstimuli, tillåta en bokstavlig fyrkantig pinne att förvandlas och passa in i ett runt hål innan den helt återgår till sin ursprungliga form.

Det kontrollerbara formskiftande materialet, beskrivs idag i journalen Vetenskapens framsteg , kan ha breda tillämpningar för tillverkning, robotik, biomedicinska apparater och konstgjorda muskler.

"Förmågan att forma material som upprepade gånger kan pendla fram och tillbaka mellan två oberoende former genom att exponera dem för ljus kommer att öppna upp ett brett utbud av nya applikationer och tillvägagångssätt för områden som additiv tillverkning, robotik och biomaterial", sa Christopher Bowman, senior författare till den nya studien och en framstående professor vid CU Boulders avdelning för kemi- och biologisk teknik (CHBE).

Tidigare försök har använt en mängd olika fysiska mekanismer för att ändra ett föremåls storlek, form eller textur med programmerbara stimuli. Dock, sådana material har historiskt sett varit begränsade i storlek eller omfattning och förändringarna i objekttillståndet har visat sig vara svåra att helt vända.

Det nya CU Boulder-materialet uppnår lätt programmerbara tvåvägs-transformationer på makroskopisk nivå med hjälp av flytande kristallelastomerer (LCE), samma teknik som ligger till grund för moderna tv-skärmar. Det unika molekylära arrangemanget av LCE gör dem mottagliga för dynamiska förändringar via värme och ljus.

För att lösa detta, forskarna installerade en ljusaktiverad trigger till LCE-nätverk som kan ställa in en önskad molekylär inriktning i förväg genom att exponera objektet för särskilda våglängder av ljus. Avtryckaren förblir sedan inaktiv tills den utsätts för motsvarande värmestimuli. Till exempel, en handvikt origami-svan som programmerats på detta sätt förblir vikt vid rumstemperatur. När den värms upp till 200 grader Fahrenheit, dock, svanen slappnar av till ett platt lakan. Senare, när den svalnar tillbaka till rumstemperatur, den kommer gradvis att återta sin förprogrammerade svanform.

Möjligheten att ändra och sedan ändra tillbaka ger detta nya material ett brett utbud av möjliga tillämpningar, speciellt för framtida biomedicinska apparater som kan bli mer flexibla och anpassningsbara än någonsin tidigare.

"Vi ser detta som ett elegant grundsystem för att transformera ett objekts egenskaper, sa Matthew McBride, huvudförfattare till den nya studien och en postdoktorand forskare i CHBE. "Vi planerar att fortsätta att optimera och utforska möjligheterna med denna teknik."