Химики сделали «скоропортящийся» кубик Рубика из гидрогеля

Ученые создали из гидрогеля кубик Рубика — головоломку из 27 кубических элементов с окрашенными в 6 цветов внешними сторонами. Полученные химиками вещества слипаются в течение часа, что позволяет менять конфигурацию полученного объекта. После непрерывного контакта в течение суток гель затвердевает. Объекты с подобными свойствами могут пригодиться при разработке медицинских сенсоров и для хранения информации, пишут авторы в журнале Advanced Materials.

Кубик Рубика — это головоломка, представляющая собой куб, каждая сторона которого разделена на 9 равных квадратов и покрашена в собственный цвет. Внутри кубика находятся механические шарниры, которые позволяют вращать части головоломки относительно друг друга. Игрушку придумал в 1974 году венгерский архитектор Эрнё Рубик. С математической точки зрения существует около 43 квинтиллионов (43×10¹⁸) уникальных конфигураций кубика.

Одним из современных трендов в робототехнике является использование мягких материалов. В рамках этого направления могут понадобиться вещества с управляемой адгезией, то есть способностью к слипанию. В таком случае они могут при необходимости образовывать крепкие связи, а при изменении обстоятельств разделяться на отдельные части.

В работе под руководством Джонотана Сесслера (Jonathan Sessler) из Техасского университета в Остине (США) и Бэнь Чжун Тана (Ben Zhong Tang) из Гонконгского университета науки и технологии описано создание кубика Рубика из самовосстанавливающегося гидрогеля. Этот полимерный материал может впитывать и удерживать большое количество воды, из-за чего обладает мягкостью, а также способен формировать новые химические связи при контакте — например, способен восстановиться на месте разреза.

Полученный авторами объект состоит из 27 отдельных кубиков, каждый из которых покрыт шестью цветными слоями гидрогеля, причем они находились в контакте достаточно долго для образования прочной химической связи. После этого 27 кубиков совмещались в общую структуру. Спустя примерно час степень адгезии между кубиками становилась достаточна, чтобы отдельные части составного куба можно было свободно вращать относительно осей симметрии, но при этом была меньше, чем внутри них. Спустя примерно сутки количество связей становилось столь велико, что фактически образовывался сплошной застывший гидрогель, который уже нельзя вращать.

Собрать химический кубик Рубика может быть гораздо проще, чем его твердого механического собрата, ведь гидрогелевый вариант позволяет «жульничать». Например, можно отлепить отдельные элементы и прикрепить их в желаемых местах. Также можно изменить цвет грани можно при помощи специфических химических реакций, что в работе демонстрируется на примере действия уксусной кислоты. Однако это не позволит собрать кубик быстрее всех, так как химические преобразования займут как минимум десятки секунд, а текущий рекорд для обычного кубика Рубика составляет 3,47 секунды.

Изначальной мотивацией ученых было создание умного материала, который можно прикреплять к коже в качестве медицинского датчика. Например, изменение цвета такого вещества могло бы отражать аномально высокую или низкую концентрацию сахара в крови, что важно для пациентов с диабетом. Полноценный кубик Рубика также можно использовать для записи информации, но все эти применения пока далеки от практической реализации.

«Вспомните о QR-кодах, которые представляют узоры из черных и белых пикселей на плоской поверхности, что позволяет хранить информацию, — поясняет Сесслер. — Мы изучаем возможность записи информации в цветные узоры и в трех измерениях, что теоретически позволяет получить намного большую плотность записи данных».

Ранее собирать кубик Рубика научили робота с тремя пальцами, а другой автомат установил новый рекорд по скоростной сборке — всего 0,38 секунды. Также в прошлом году японец создал самосборную головоломку, а искусственный интеллект самостоятельно научился ее решать.

Тимур Кешелава