Созданы синтетические материалы со свойствами живых существ

13

© Northwestern UniversityОбъект из «роботизированного» полимера изгибается при облучении его синим светомСозданы синтетические материалы со свойствами живых существ

Американские ученые разработали мягкие полимерные материалы, которые при попадании на них света начинают изгибаться, вращаться и ползать. Описание приведено в журнале Nature Materials.

Исследователи из Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс, создали семейство мягких «роботизированных материалов». На свету эти тонкопленочные материалы как будто оживают — гнутся, вращаются и даже ползают по поверхности без помощи дополнительного оборудования, гидравлики или электричества.

Структура новых материалов содержит наноразмерные пептидные сборки, которые отводят молекулы воды. Ученые связали между собой пептидные матрицы с полимерными сетками, реагирующими на синий свет.

Когда такой свет попадает на материал, химическая реакция меняет свойства сеток, и они из гидрофильных, притягивающих влагу, становятся гидрофобными — водоотталкивающими. Материал начинает вытеснять влагу через пептидные трубки, сжимается и «оживает». Если свет выключить, материал, снова становясь гидрофильным, впитывает воду обратно и расширяется.

Это напоминает обратимое сокращение мышц, которое и вдохновило авторов на разработку новых материалов. При этом, управляя светом, можно придавать материалу направленное движение, так как изгиб происходит в ту сторону, откуда исходит свет. Исследователи даже заставляли объект вращаться в то время, когда он «полз» по поверхности.

Прежде чем произвести «живые» материалы в реальной жизни, ученые выполнили компьютерное моделирование, позволившее предсказать их свойства.

«Из биологических систем мы знаем, что магия мышц основана на связи между небольшими белками и гигантскими белковыми полимерами, которые расширяются и сжимаются, — приводятся в пресс-релизе слова руководителя исследования Сэмюэля Ступпа (Samuel Stupp), профессора материаловедения, химии, медицины и биомедицинской инженерии в Северо-Западном университете и директора Института Симпсона Керри. — Только мышцы используют химическое топливо, а не свет, чтобы генерировать механическую энергию».

Исследователи полагают, что «роботизированные материалы» могут выполнять множество задач в таких областях, как медицина, энергетика, восстановление окружающей среды.

«Мы живем в эпоху, когда устройства, помогающие нам управлять повседневной жизнью, постоянно совершенствуются, — отмечает Ступп. — Следующим этапом развития науки будет создание материалов со способностями живых существ. Эти материалы смогут добавить функциональность мягким роботам, необходимым для подбора хрупких предметов и последующего их высвобождения в точном месте. В медицине мягкие материалы с «живыми» характеристиками, изгибающиеся и меняющие форму, обеспечат извлечение сгустков крови в мозге после инсульта. Они смогут передвигаться по поверхности воды, очищая водохранилища или моря, а также искать дефекты в батареях, мембранах или химических реакторах».

Авторы считают, что для нового семейства материалов открыты бесконечные возможности применения, благодаря их способности принимать самые различные формы.

Источник:
http://ria.ru/20200622/1573317210.html

Комментарии закрыты.