O echipă de cercetători de la Universitatea Harvard a dezvoltat un nou tip de material inteligent care poate imita comportamentul mușchilor naturali. Aceste filamente artificiale, extrem de subțiri și flexibile, sunt capabile să se îndoaie, să se răsucească, să se contracte sau să se extindă atunci când temperatura se modifică.
În natură există numeroase structuri care se mișcă prin răsucire și deformare: vițele plantelor cățărătoare, trompa elefantului sau chiar proteinele din corpul uman. Cercetătorii de la Harvard au încercat să reproducă acest tip de mișcare folosind tehnologii moderne de imprimare 3D. Rezultatul este un „mușchi artificial” format din filamente foarte fine, asemănătoare unor fire de păr, care își modifică forma atunci când sunt încălzite sau răcite.
Studiul a fost realizat în laboratorul profesoarei Jennifer Lewis, specialistă în inginerie inspirată din biologie, iar rezultatele au fost publicate în revista științifică Proceedings of the National Academy of Sciences.
Cum funcționează noii „mușchi” artificiali
Cercetătorii au folosit o tehnică specială de imprimare 3D care permite combinarea a două tipuri de materiale într-un singur filament.
Primul material este unul „activ”, numit elastomer cu cristale lichide. Acesta are capacitatea de a se contracta atunci când este încălzit, asemănător modului în care se contractă fibrele musculare. Al doilea material este „pasiv” și rămâne stabil indiferent de temperatură. Rolul lui este să controleze direcția și forma mișcării. Prin combinarea celor două materiale și prin rotirea specială a duzei imprimantei 3D, cercetătorii au reușit să „programeze” încă din timpul imprimării modul în care filamentul se va mișca ulterior. Astfel, fără motoare sau circuite complexe, materialul poate să se curbeze sau să se răsucească singur atunci când temperatura se schimbă.
Structuri care își schimbă forma singure
După ce au demonstrat că un singur filament poate fi controlat, oamenii de știință au trecut la structuri mai complexe. Ei au creat rețele flexibile care se comportă diferit în funcție de modul în care au fost imprimate. Unele se deschid la încălzire și se închid la răcire, asemănător unor filtre inteligente. Într-un experiment, cercetătorii au realizat o rețea capabilă să prindă și să ridice obiecte atunci când era încălzită, apoi să le elibereze după răcire. În alt test, o structură plană s-a transformat într-o formă asemănătoare unei cupole imediat ce a fost introdusă într-o baie de ulei fierbinte.
Posibile utilizări în medicină și robotică
Specialiștii spun că această tehnologie ar putea avea aplicații importante în viitor. Printre cele mai promițătoare se numără roboții moi capabili să manipuleze obiecte fragile, filtrele și valve inteligente care își modifică automat forma, dispozitivele biomedicale injectabile, materialele care pot ajuta la coagularea rapidă a țesuturilor și sistemele medicale miniaturizate care reacționează la temperatura corpului. Cercetătorii lucrează deja la miniaturizarea filamentelor. În prezent, acestea au aproximativ 100 de microni grosime, însă echipa crede că dimensiunea lor poate fi redusă și mai mult.
Un pas important către materiale „vii”
Deși tehnologia este încă în fază experimentală, oamenii de știință consideră că aceste materiale inteligente ar putea schimba radical modul în care sunt construite dispozitivele medicale și roboții viitorului. „Acest sistem de imprimare și proiectare ar putea accelera trecerea materialelor artificiale asemănătoare mușchilor din laborator către aplicații reale”, a explicat profesoara Jennifer Lewis.
Comentează