Forskare vid Singapores Nanyang Technological University (NTU Singapore) har skapat ett pappersliknande material härrörande från pollen som böjer sig och krullar som svar på förändrade nivåer av miljöfuktighet.

Möjligheten hos detta papper tillverkat av pollen att förändra dess mekaniska egenskaper som svar på yttre stimuli kan göra det användbart i ett brett spektrum av applikationer, inklusive mjuka robotar, sensorer, konstgjorda muskler, och elektriska generatorer.

I kombination med digitaltryck, pollenpapper kan lova tillverkning av en ny generation programmerbara naturliga ställdon - komponenter i en maskin som är ansvariga för att flytta och styra en mekanism.

Resultaten, publicerad i Förfaranden från National Academy of Sciences Denna vecka, visa hur NTU Singapore -teamet formulerade papperet med mjukade pollenkorn.

De demonstrerade det pollenbaserade papperets egenskaper genom att vika det till en blomma som "blommar" i närvaro av vattenånga. De visade också att pollenmaterialets fysiska egenskaper kan justeras, med en remsa av pollenbaserat papper som kan "gå".

Motsvarande författare till denna uppsats är biträdande professor Song Juha från School of Chemical and Biomedical Engineering, och professor Cho Nam-Joon och professor Subra Suresh vid School of Materials Science and Engineering vid NTU.

NTU Distinguished University Professor Subra Suresh, som också är NTU -ordförande, sade:"Mycket framsteg har gjorts med att utveckla bioinspirerade sensorer och ställdon baserade på konstruerade syntetmaterial, men dessa material har begränsningar såsom problem med miljömässig hållbarhet och relativt höga kostnader. Det finns fortfarande ett viktigt behov av att införliva kostnadseffektiva och miljövänliga material. Precis som tallkottar öppnar och stänger sina fjäll beroende på mängden fukt i luften, vårt NTU -forskargrupp har visat att pollenpapper som skapats av naturligt mycket pollenkorn reagerar som ett ställdon på förändringar i miljöfuktigheten. "

NTU-professor Cho Nam-Joon, som innehar Materials Research Society of Singapore ordförande i materialvetenskap och teknik, sade:"Dessa resultat bygger på det senaste arbetet från vårt NTU -team, där vi visade hur hårda pollenkorn kan omvandlas till mjuka mikrogelpartiklar som förändrar deras egenskaper som svar på yttre stimuli. Denna process gör också pollen och de produkter vi skapar av det, icke-allergiframkallande. "

Pollenpapper som böjer sig, vänder och rör sig

För att forma papperet, NTU-teamet förvandlade först de ultratuffa pollenkornen från solrosor till en smidig, gelliknande material genom en process som liknar konventionell tvålframställning. Denna process inkluderar att ta bort det klibbiga oljebaserade pollencementet som täcker spannmålets yta, innan du inkuberar pollen i alkaliska förhållanden i timmar.

Det resulterande geliknande materialet gjuts sedan i en form och lämnas att torka, bildar ett pappersliknande material. Med hjälp av svepelektronmikroskopi, forskarna observerade att det pollenbaserade papperet består av alternerande lager av pollenpartiklar, med det översta lagret betydligt råare än det nedre lagret.

Övre ytan av pollenpappret, som ser frostat ut med blotta ögat, visade rester av solrospollenkornens distinkta spikar, bidrar till dess grovhet. Bottenytan, som får en spegelliknande ytfinish, var relativt smidigare.

Denna strukturella skillnad i pollenpartikelskikt innebär att i närvaro av vattenånga börjar papperet böja, och under torra förhållanden, det böjer sig. Upprepade cykler med fuktiga och torra förhållanden får papperet att vända med tiden.

NTU biträdande professor Song Juha förklarade:"Under vatten- eller vattenångaabsorption, pollenpartiklarna i papperet sväller och expanderar. På grund av den strukturella skillnaden i pollenpartikelskikten, papperet sväller olika på olika delar. Detta inducerar inre spänningar genom papperstjockleken, som tvingar den att böja sig. "

För att visa att det är möjligt att skräddarsy pollenpapprets reaktion på vattenånga teamet justerade bearbetningsparametrar, främst den alkaliska inkubationstiden för pollenkornen. De sammanfogade två pollenpappersprov, var och en förberedd under olika inkubationstider (3 timmar och 12 timmar), att bilda en remsa av tvåmaterialpollenpapper med en synlig gräns.

När pollenpappret i två material utsattes för en fukt-torr cykel, de två pollenpappersprovens olika reaktioner på fuktighet fick papperet att "gå" som en larv som rör sig genom att växelvis expandera och dra ihop sin mjuka kropp.

Forskarna demonstrerade också den potentiella tillämpningen av pollenpapper som en självaktiverande mjuk robot genom en blomma gjord av pollenpapper som "blommar" genom gradvis absorption av vattenånga.

Prof Suresh sa:"Pollenpappret vi har utvecklat visar stark mekanisk aktivering när luftfuktigheten förändras. Detta naturligt förekommande material visar potential för att utveckla ett brett spektrum av aktiveringssystem med anpassade egenskaper för olika funktionella behov."