Ученые из Корнельского
Университета США создали новый легкий эластичный материал с эффектом памяти
формы. Он может найти применение в протезировании, изготовлении искусственных
органов, а также в так называемой мягкой робототехнике – создании искусственных
устройств, построенных по принципам, скопированным в живой природе. Работа опубликована в журнале Advance Materials.
Материал представляет собой
пористую эластичную силиконовую пену, из которой согласно разработанной
авторами методике, можно получить устройство любой необходимой формы. Для этого жидкую основу пены, состоящую из
силиконового эластомера – полидиметилсилоксана и легко разлагаемой соли - гидрокарбоната
аммония NH4HCO3, заливают в
форму, а затем подвергают термической обработке.
В результате полидиметилсилоксан
загустевает, образуя эластичную основу нового органа или устройства, а
гидрокарбонат аммония полностью разлагается на летучие компоненты – углекислый
газ, аммиак и воду, и на его месте остаются связные полости. Если требуется
создать нерастяжимый каркас или обеспечить растяжение только отдельных частей
устройства, в форму в необходимых местах добавляют углеродное волокно.
Таким образом, через получившийся материал
можно пропускать воздух или жидкости, например кровь, если придать ему форму
сердца. Чтобы наполнитель не выливался через случайные отверстия, часть
поверхности такого «сердца» покрывают тонким слоем эластомера без добавления соли,
который после термической обработки герметично закрывает ненужные поры.
За счет добавления термически
разлагаемых солей авторы добились упрощения процесса создания связных пор в
таких материалах. Ранее для этого нужно было изготовлять сложные заливочные
матрицы, полностью повторяющие внутреннее устройство, а предложенная методика
позволяет получать поры с помощью простой термической обработки.
Жидкостные эластомерные актюаторы – класс гибких
устройств, способных легко деформироваться под действием давления, прилагаемого
к внутренним полостям устройства, например, пропуская через них жидкости или
воздух. Под действием внутреннего
давления они могут изгибаться, расширяться или закручиваться, повторяя движения
органов или позволяя роботам мягко контактировать с хрупкими объектами. Месяц назад авторы данного исследования
предложили применить 3D-печать, опубликовав результаты в журнале Bioinspiration
& Biomimetics, а недавно нашли еще
более простой и дешевый способ.
Екатерина Козлякова