Բրդի նման նյութը կարող է հիշել և փոխել ձևը

Ինչպես գիտի բոլոր նրանք, ովքեր երբևէ ուղղել են իրենց մազերը, ջուրը թշնամին է:Ջերմությունից քրտնաջանորեն ուղղված մազերը կվերադարձնեն գանգուրներ, երբ դիպչեն ջրին:Ինչո՞ւ։Քանի որ մազերը ձևավոր հիշողություն ունեն:Նրա նյութական հատկությունները թույլ են տալիս նրան փոխել ձևը՝ ի պատասխան որոշակի գրգռիչների և վերադառնալ իր սկզբնական ձևին՝ ի պատասխան ուրիշների:
Ի՞նչ կլիներ, եթե այլ նյութեր, հատկապես տեքստիլ, ունենային այս տեսակի ձևի հիշողություն:Պատկերացրեք մի շապիկ սառեցնող օդափոխիչներով, որոնք բացվում են խոնավության ազդեցության տակ և փակվում են չոր ժամանակ, կամ մեկ չափսի հագուստ, որը ձգվում կամ փոքրանում է մարդու չափսերին:
Այժմ Հարվարդի Ջոն Ա. Փոլսոնի ճարտարագիտության և կիրառական գիտությունների դպրոցի (SEAS) հետազոտողները մշակել են կենսահամատեղելի նյութ, որը կարող է 3D տպագրվել ցանկացած ձևով և նախապես ծրագրավորվել շրջելի ձևի հիշողությամբ:Նյութը պատրաստվում է կերատինի օգտագործմամբ՝ մանրաթելային սպիտակուց, որը հայտնաբերված է մազերի, եղունգների և պատյանների մեջ:Հետազոտողները կերատին են արդյունահանել Ագորայի բուրդից, որն օգտագործվում էր տեքստիլ արտադրության մեջ:
Հետազոտությունը կարող է օգնել մոլորակի ամենամեծ աղտոտողներից մեկի՝ նորաձևության արդյունաբերության թափոնների կրճատման ավելի լայն ջանքերին:Արդեն այնպիսի դիզայներներ, ինչպիսին Ստելլա ՄաքՔարթին է, վերաիմաստավորում են, թե ինչպես է արդյունաբերությունը օգտագործում նյութեր, այդ թվում՝ բուրդ:
«Այս նախագծով մենք ցույց տվեցինք, որ ոչ միայն մենք կարող ենք վերամշակել բուրդը, այլև մենք կարող ենք վերամշակված բուրդից պատրաստել այնպիսի բաներ, որոնք նախկինում երբեք չեն պատկերացվել», - ասում է Քիթ Փարքերը՝ Թարերի ընտանիքի կենսաճարտարագիտության և կիրառական ֆիզիկայի պրոֆեսորը SEAS-ում և ավագ մասնագետ։ թերթի հեղինակ։«Բնական ռեսուրսների կայունության հետևանքները պարզ են:Վերամշակված կերատինային սպիտակուցի միջոցով մենք կարող ենք անել նույնքան, կամ ավելին, քան մինչ օրս արվել է կենդանիներին խուզելու միջոցով, և դրանով իսկ նվազեցնել տեքստիլ և նորաձևության արդյունաբերության շրջակա միջավայրի ազդեցությունը»:
Հետազոտությունը հրապարակված է Nature Materials ամսագրում։
Կերատինի ձևը փոխելու կարողությունների բանալին նրա հիերարխիկ կառուցվածքն է, ասում է Լուկա Սերան՝ SEAS-ի հետդոկտորանտ և հոդվածի առաջին հեղինակը:
Կերատինի մեկ շղթան դասավորված է զսպանակաձեւ կառուցվածքի մեջ, որը հայտնի է որպես ալֆա-խխունջ:Այս շղթաներից երկուսը պտտվում են իրար՝ ձևավորելով մի կառուցվածք, որը հայտնի է որպես կծիկ:Այս փաթաթված պարույրներից շատերը հավաքվում են նախաթելերի և, ի վերջո, խոշոր մանրաթելերի մեջ:
«Ալֆա պարույրի կազմակերպումը և միացնող քիմիական կապերը նյութին տալիս են և՛ ուժ, և՛ ձևի հիշողություն», - ասում է Սերան:
Երբ մանրաթելը ձգվում է կամ ենթարկվում է որոշակի գրգռիչի, զսպանակման կառուցվածքները քանդվում են, և կապերը նորից հարթվում են՝ ձևավորելով կայուն բետա թերթիկներ:Մանրաթելը մնում է այդ դիրքում այնքան ժամանակ, մինչև այն չսկսի պտտվել իր սկզբնական ձևի մեջ:
Այս գործընթացը ցուցադրելու համար հետազոտողները 3D տպագրությամբ կերատինե թերթեր են կատարել տարբեր ձևերով:Նրանք ծրագրավորեցին նյութի մշտական ​​ձևը՝ այն ձևը, որին այն միշտ կվերադառնա, երբ գործարկվի, օգտագործելով ջրածնի պերօքսիդի և մոնոնատրիումի ֆոսֆատի լուծույթ:
Հիշողությունը տեղադրվելուց հետո թերթիկը կարող էր վերածրագրավորվել և ձևավորվել նոր ձևերով:
Օրինակ, մեկ կերատինային թերթիկ ծալվել է բարդ օրիգամիի աստղի, որպես դրա մշտական ​​ձև:Հիշողությունը հաստատվելուց հետո հետազոտողները աստղը խփեցին ջրի մեջ, որտեղ այն բացվեց և դարձավ ճկուն:Այնտեղից թերթիկը գլորեցին ամուր խողովակի մեջ։Չորանալուց հետո սավանը փակվում էր որպես լիովին կայուն և ֆունկցիոնալ խողովակ:Գործընթացը շրջելու համար նրանք խողովակը նորից դրեցին ջրի մեջ, որտեղ այն բացվեց և նորից ծալվեց՝ վերածելով օրիգամիի աստղի:
«Նյութը 3D տպագրելու և այնուհետև դրա մշտական ​​ձևերը սահմանելու երկքայլ գործընթացը թույլ է տալիս ստեղծել իսկապես բարդ ձևեր՝ կառուցվածքային առանձնահատկություններով մինչև միկրոն մակարդակ», - ասաց Սերան:«Սա նյութը հարմար է դարձնում կիրառությունների լայն շրջանակի համար՝ տեքստիլից մինչև հյուսվածքային ճարտարագիտություն»:
«Անկախ նրանից, թե դուք օգտագործում եք նման մանրաթելեր՝ կրծկալներ պատրաստելու համար, որոնց բաժակի չափն ու ձևը կարելի է հարմարեցնել ամեն օր, կամ փորձում եք բժշկական թերապևտիկ տեքստիլներ պատրաստել, Լուկայի աշխատանքի հնարավորությունները լայն են և հուզիչ», - ասաց Փարքերը:«Մենք շարունակում ենք վերաիմաստավորել տեքստիլները՝ օգտագործելով կենսաբանական մոլեկուլները՝ որպես ինժեներական ենթաշերտեր, ինչպես նախկինում չեն օգտագործվել»: