«Давняя проблема в этой области – найти способ контролировать последовательность, в которой двумерный лист складывается в трехмерный объект», – говорит Майкл Дики, профессор химической и биомолекулярной инженерии в NC State and co. -соответствующий автор статьи с описанием работы. "И как любой, кто занимался оригами или складывал белье, может сказать вам, порядок, в котором вы складываете складки, может быть чрезвычайно важным."
«Последовательность складывания важна как в жизни, так и в технологиях», – говорит соавтор-корреспондент Ян Гензер, автор книги S. Фрэнк и Дорис Калберсон, заслуженный профессор химической и биомолекулярной инженерии в штате Северная Каролина. «В небольших масштабах последовательное сворачивание с помощью молекулярного механизма позволяет ДНК эффективно упаковываться в хромосомы и помогает белкам принять функциональную конформацию. В больших масштабах последовательное складывание с помощью двигателей помогает солнечным батареям на спутниках и космических кораблях разворачиваться в космосе.
Прогресс текущей работы состоит в том, чтобы заставить материалы складываться последовательно, используя только свет."
В частности, исследователи разработали методику проектирования и изготовления двухмерных материалов, которыми можно управлять дистанционно, чтобы вызвать возникновение любой из заданных складок в любом порядке.
Дики и Гензер были первыми лидерами в области самоскладывающихся трехмерных структур. В своей знаменательной статье 2011 года исследователи описали технику, в которой предварительно напряженный пластиковый лист пропускался через обычный струйный принтер для печати жирных черных линий на материале.
Затем материал разрезали по желаемому рисунку и помещали под инфракрасный свет, такой как тепловая лампа.
Печатные линии поглощали больше энергии, чем остальной материал, заставляя пластик сжиматься, создавая шарнир, который складывал листы в трехмерные формы. Изменяя ширину печатных линий или петель, исследователи смогли изменить, насколько далеко и как быстро каждая петля складывается.
Этот метод совместим с коммерческими методами печати, такими как трафаретная печать, печать с рулона на рулон и струйная печать, которые являются недорогими и высокопроизводительными, но по своей сути являются двухмерными.
В новом усовершенствовании используется, по сути, та же техника, но используется тот факт, что чернила разных цветов поглощают свет разных длин волн или цветов.
«Печатая петли разными цветами, мы можем управлять порядком складок, изменяя длину волны света, падающего на двумерный лист», – говорит Гензер.
Например, если одна петля напечатана желтым цветом, а другая – синим, исследователи могут сделать складку желтой петли, подвергнув ее воздействию синего света.
Синий шарнир не складывается, потому что синие чернила не поглощают синий свет. Затем исследователи могут сложить синий шарнир, выставив лист на красный свет.
Кроме того, манипулируя цветами чернил, исследователи также смогли заставить петли складываться последовательно при воздействии света одной длины волны.
Это возможно, потому что некоторые цвета будут поглощать свет определенной длины волны более эффективно, чем другие. Видео о методах последовательного складывания в действии можно посмотреть на https: // youtu.be / ZlZOdiwbZIE.
«Это пробный документ, но он открывает двери для целого ряда потенциальных приложений с использованием простого и недорогого процесса», – говорит Дики.
«В конечном итоге люди заинтересованы в самосборке конструкций по нескольким причинам: от доставки вещей в плоской упаковке и их сборки на месте до самосборки устройств в« чистых »условиях для медицинских или электронных приложений."