Гидрогели – это полимеры, которые могут поддерживать большое количество воды в своих сетях. Из-за этого они могут набухать и сжиматься в ответ на изменения в окружающей среде, такие как напряжение, тепло и кислотность.
В этом смысле они на самом деле похожи на клетки растений, которые могут изменять форму, поскольку количество воды в них изменяется в зависимости от условий окружающей среды.
Однако большинство гидрогелей делают это очень медленно и должны поглощать и выводить воду, чтобы увеличиваться или уменьшаться в объеме. Уникальное свойство гидрогеля, разработанного командой RIKEN, заключается в том, что он действует как искусственная мышца, которая не сокращается одинаково во всех направлениях. Скорее, они сжимаются в одном измерении, расширяясь в другом, что означает, что они могут неоднократно менять форму, не поглощая и не выделяя воду.
Секрет свойства нового гидрогеля – электростатический заряд. Используя метод, который они опубликовали ранее в этом году, команда разместила нанолисты из оксидов металлов в одной плоскости внутри материала с помощью магнитного поля, а затем зафиксировала их на месте с помощью процедуры, называемой полимеризацией винила in-situ под действием света, которая, по сути, использует свет для застывания вещества в гидрогель.
Нанолисты застряли в полимере, выровненные в одной плоскости. Из-за электростатических сил листы создают электростатическое сопротивление в одном направлении, но не в другом.
По словам автора Ясухиро Исида: «Изначально мы проектировали этот материал так, чтобы он мог растягиваться в одном направлении, но мы также обнаружили, что при температуре, называемой более низкой критической температурой раствора, которая, по нашим расчетам, составляет 32 градуса Цельсия, полимер быстро меняет форму, растягиваясь. в длину. Что интересно, гель не изменился в объеме.
Вещество претерпело изменение формы на воздухе и в жидкой среде, показывая, что оно не требует поглощения воды. Другими словами, он будет работать даже в нормальной воздушной среде."
Члены команды были заинтригованы, обнаружив, что процесс был очень быстрым, занимая всего одну секунду, со скоростью деформации около 70% в секунду, что выше, чем у других гидрогелей.
В качестве демонстрации того, как полимер может быть использован на практике, группа разработала L-образный кусок полимера, который действительно может ходить в водной среде, поскольку ноги удлиняются и сжимаются в ответ на изменение температуры.
В настоящее время группа планирует провести дальнейшие исследования для создания веществ, которые можно будет использовать на практике. По словам Исиды, «в настоящее время мы планируем дальнейшие работы по улучшению свойств вещества.
Одна из наших идей – использовать такой гидрогель для создания искусственных мышц, которые могли бы автоматически открывать и закрывать радиаторные системы при повышении и понижении температуры. Это может быть использовано, например, для предотвращения перегрева устройства."