Rice University materialvetare Rafael Verduzco och doktorand Morgan Barnes kontrollerar ett prov medan de arbetar med formförskjutande polymerer. De har skapat en flytande kristallelastomer som kan formas till former som skiftar från en till en annan vid uppvärmning. Upphovsman:Jeff Fitlow/Rice University
Forskare från Rice University har skapat en gummiliknande, formförskjutande material som förvandlas från en sofistikerad form till en annan på begäran.
Formerna programmerade till en polymer av materialvetaren Rafael Verduzco och doktoranden Morgan Barnes dyker upp i omgivande förhållanden och smälter bort när värme appliceras. Processen fungerar också omvänt.
Den smidiga operationen föranleder en strid på nanoskala, där flytande kristaller och elastomeren där de är inbäddade kämpar för kontroll. När det är svalt, formen programmerad i de flytande kristallerna dominerar, men vid uppvärmning, kristallerna slappnar av i den gummibandliknande elastomeren, som is som smälter i vatten.
I de flesta proverna har Barnes gjort hittills - inklusive ett ansikte, en rislogotyp, ett legokloss och en ros - materialet får sin komplexa form vid rumstemperatur, men vid uppvärmning till en övergångstemperatur på cirka 80 grader Celsius (176 grader Fahrenheit), det faller ihop till ett plant ark. När värmen tas bort, formerna dyker upp igen inom ett par minuter.
Så fantasifullt som detta verkar, materialet visar löfte för mjuka robotar som efterliknar organismer och i biomedicinska applikationer som kräver material som tar förprogrammerade former vid kroppstemperatur.
Forskningen beskrivs i Royal Society of Chemistry journal Mjuk materia .
Ett ansikte av en unik polymer vid Rice University tar form när det kyls och plattar vid uppvärmning. Materialet kan vara användbart vid skapandet av mjuka robotar och för biomedicinska tillämpningar. Upphovsman:Jeff Fitlow/Rice University
"Dessa är gjorda med tvåstegskemi som har gjorts under lång tid, sa Verduzco, professor i kemisk och biomolekylär teknik och materialvetenskap och nanoingenjör. "Människor har fokuserat på att mönstra flytande kristaller, men de hade inte tänkt på hur dessa två nätverk interagerar med varandra.
"Vi trodde att om vi kunde optimera balansen mellan nätverken - göra dem inte för styva och inte för mjuka - skulle vi kunna få dessa sofistikerade formändringar."
Flytkristalltillståndet är lättast att programmera, han sa. När materialet väl fått form i en form, fem minuters härdning under ultraviolett ljus sätter den kristallina ordningen. Barnes gjorde också prover som växlar mellan två former.
"Istället för enkla enaxiga formförändringar, där du har något som förlänger och drar ihop sig, vi kan ha något som går från en 2-D-form till en 3D-form, eller från en 3D-form till en annan 3D-form, " Hon sa.
Laboratoriets nästa mål är att sänka övergångstemperaturen. "Aktivering vid kroppstemperatur öppnar oss för många fler applikationer, "Sa Barnes. Hon sa att taktila smarttelefonknappar som visas vid beröring eller reaktiv punktskrift för synskadade är inom räckhåll.
Hon skulle också vilja utveckla en variant som reagerar på ljus snarare än värme. "Vi vill göra det foto-responsivt, "Sa Barnes." I stället för att värma hela provet, du kan bara aktivera den del av den flytande kristallelastomeren du vill styra. Det skulle vara ett mycket enklare sätt att styra en mjuk robot. "
