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Materiales poderosos que se transforman y toman formas complejas

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Troy Oakes

Los científicos de la Universidad de Rice han creado un material gomoso que cambia de forma y se transforma de una forma sofisticada a otra a pedido.

Las formas programadas en un polímero por el científico de materiales Rafael Verduzco y el estudiante graduado Morgan Barnes aparecen en condiciones ambientales y se funden cuando se aplica calor.

El proceso también funciona a la inversa.

El buen funcionamiento implica una batalla en la nanoescala, donde los cristales líquidos y el elastómero en el que están incrustados luchan por el control.

Cuando está fría, la forma programada en los cristales líquidos domina, pero cuando se calientan, los cristales se relajan dentro del elastómero en forma de banda de goma, como el hielo que se derrite en agua.

En la mayoría de las muestras que Barnes ha fabricado hasta ahora, incluyendo una cara, un logotipo de Rice, un bloque Lego y una rosa, el material adquiere su forma compleja a temperatura ambiente, pero cuando se calienta a una temperatura de transición de aproximadamente 80 ° C (176 ° F), se convierten en una hoja plana.

Cuando se elimina el calor, las formas vuelven a aparecer en un par de minutos.

 

Por fantasioso que parezca, el material es prometedor para robots blandos que imitan organismos y aplicaciones biomédicas que requieren materiales que toman formas preprogramadas a la temperatura corporal.

La investigación se describe en la revista de la Royal Society of Chemistry Soft Matter.

“Estos están hechos con una química de dos pasos que se ha hecho durante mucho tiempo”,

dijo Verduzco, profesor de ingeniería química y biomolecular y de ciencia de materiales y nanoingeniería, y agregó:

“Las personas se han centrado en el modelado de cristales líquidos, pero no habían pensado en cómo estas dos redes interactúan entre sí. Pensamos que si podíamos optimizar el equilibrio entre las redes, no hacerlas demasiado rígidas ni demasiado suaves, podríamos obtener estos sofisticados cambios de forma”.

El estado de cristal líquido es el más fácil de programar, dijo. Una vez que se le da forma al material en un molde, cinco minutos de curado bajo luz ultravioleta establecen el orden cristalino.

Barnes también hizo muestras que cambian entre dos formas, diciendo:

 “En lugar de simples cambios de forma uniaxial, donde tienes algo que se alarga y contrae, podemos tener algo que va de una forma 2D a una forma 3D, o de una forma 3D a otra forma 3D”.

El próximo objetivo del laboratorio es bajar la temperatura de transición.

“La activación a la temperatura corporal nos abre a muchas más aplicaciones”,

dijo Barnes.

Dijo que los botones táctiles de teléfonos inteligentes que aparecen cuando se toca o el texto braille reactivo para personas con discapacidades visuales, está al alcance.

También le gustaría desarrollar una variante que reaccione a la luz en lugar de al calor. “Queremos que sea foto-receptivo“, dijo Barnes, agregando:

“En lugar de calentar toda la muestra, poder activar solo la parte del elastómero de cristal líquido que desea controlar. Esa sería una forma mucho más fácil de controlar un robot blando”.

Proporcionado por: Rice University  [Nota: los materiales pueden editarse por su contenido y duración.]

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