Новый материал подпрыгивает в 200 раз выше собственной толщины
Инженеры из Университета Колорадо в Боулдере разработали новую резиноподобную плёнку, которая может высоко подпрыгивать при изменении температуры.
Исследователи описали своё достижение 18 января в журнале Science Advances. И утверждают, что подобные материалы помогут однажды создать «мягких роботов», то есть способных двигаться или двигать что-либо без шестерней или других жёстких компонентов для перемещения.
По словам соавтора исследования Тимоти Уайта, композитный материал реагирует примерно так же, как прыгают кузнечики, которые накапливают и высвобождают энергию в лапках.
— Тимоти Уайт, профессор химической и биологической инженерии Колорадского университета в Боулдере.
В новом исследовании использовали необычное поведение класса материалов, называемых жидкокристаллическими эластомерами (LCE). Эти материалы представляют собой твёрдые и эластичные полимерные версии жидких кристаллов, используемых, например, в ноутбуках или телевизорах.
Исследователи изготовили небольшие пластины из LCE размером с контактную линзу, а затем поместили их на горячую плиту. Нагреваясь, плёнки начинали деформироваться в форму миски, которая вздымалась и вдруг молниеносно, за 6 миллисекунд, выворачивалась наизнанку. И образец взлетал на высоту, почти в 200 раз превышающую его собственную толщину.
Аспирантка Тейлер Хебнер, ныне аспирантка-исследователь из Университета штата Орегон, и её коллеги обнаружили это свойство подпрыгивать почти случайно. Хебнер экспериментировала с созданием различных видов жидкокристаллических эластомеров, чтобы посмотреть, как на них влияет изменение температуры. Джозель МакКракен, старший научный сотрудник лаборатории Уайта, присоединилась к ней для наблюдения.
— Тейлер Хебнер, аспирантка.
Благодаря тщательным экспериментам и помощи сотрудников Калифорнийского технологического института команда обнаружила, что заставляет их материал прыгать в высоту. Профессор Тимоти Уайт объяснил, что каждая из плёнок-образцов состоит из трёх слоёв эластомера. По его словам, эти слои сжимаются, когда нагреваются, но два верхних слоя сжимаются быстрее, чем нижний. Это несоответствие в сочетании с ориентацией молекул жидких кристаллов внутри слоёв заставляет плёнку сжиматься и формировать выпуклость. По мере формирования выпуклости в плёнке накапливается напряжение, и вдруг — щелчок! Одна и та же плёнка может прыгать несколько раз без признаков износа.
Жидкокристаллические эластомеры команды универсальны. Исследователи могут настроить свои плёнки таким образом, чтобы они подпрыгивали, когда им «становится холодно», например, а не жарко. Они также могут приделать плёнкам ножки, чтобы заставить их прыгать в определённом направлении.
Исследователи описали своё достижение 18 января в журнале Science Advances. И утверждают, что подобные материалы помогут однажды создать «мягких роботов», то есть способных двигаться или двигать что-либо без шестерней или других жёстких компонентов для перемещения.
По словам соавтора исследования Тимоти Уайта, композитный материал реагирует примерно так же, как прыгают кузнечики, которые накапливают и высвобождают энергию в лапках.
В природе многое работает, как нога кузнечика, используя накопленную энергию в виде упругой нестабильности. Мы пытаемся создать синтетические материалы, которые имитируют эти природные свойства
— Тимоти Уайт, профессор химической и биологической инженерии Колорадского университета в Боулдере.
В новом исследовании использовали необычное поведение класса материалов, называемых жидкокристаллическими эластомерами (LCE). Эти материалы представляют собой твёрдые и эластичные полимерные версии жидких кристаллов, используемых, например, в ноутбуках или телевизорах.
Исследователи изготовили небольшие пластины из LCE размером с контактную линзу, а затем поместили их на горячую плиту. Нагреваясь, плёнки начинали деформироваться в форму миски, которая вздымалась и вдруг молниеносно, за 6 миллисекунд, выворачивалась наизнанку. И образец взлетал на высоту, почти в 200 раз превышающую его собственную толщину.
Аспирантка Тейлер Хебнер, ныне аспирантка-исследователь из Университета штата Орегон, и её коллеги обнаружили это свойство подпрыгивать почти случайно. Хебнер экспериментировала с созданием различных видов жидкокристаллических эластомеров, чтобы посмотреть, как на них влияет изменение температуры. Джозель МакКракен, старший научный сотрудник лаборатории Уайта, присоединилась к ней для наблюдения.
Мы просто смотрели, как жидкокристаллический эластомер лежит на горячей плите, задаваясь вопросом, почему он принимает не ту форму, которой мы ожидали. Он внезапно прыгнул прямо на столешницу. Мы обе просто посмотрели друг на друга и в некотором замешательстве, и с восторгом
— Тейлер Хебнер, аспирантка.
Благодаря тщательным экспериментам и помощи сотрудников Калифорнийского технологического института команда обнаружила, что заставляет их материал прыгать в высоту. Профессор Тимоти Уайт объяснил, что каждая из плёнок-образцов состоит из трёх слоёв эластомера. По его словам, эти слои сжимаются, когда нагреваются, но два верхних слоя сжимаются быстрее, чем нижний. Это несоответствие в сочетании с ориентацией молекул жидких кристаллов внутри слоёв заставляет плёнку сжиматься и формировать выпуклость. По мере формирования выпуклости в плёнке накапливается напряжение, и вдруг — щелчок! Одна и та же плёнка может прыгать несколько раз без признаков износа.
Жидкокристаллические эластомеры команды универсальны. Исследователи могут настроить свои плёнки таким образом, чтобы они подпрыгивали, когда им «становится холодно», например, а не жарко. Они также могут приделать плёнкам ножки, чтобы заставить их прыгать в определённом направлении.
- Дмитрий Ладыгин
- youtu.be/6hxcTiQPvbQ
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Росархив рассекретил документы: Доказано, что именно Польша не дала СССР остановить Вторую мировую войну
Об этом в 1939 году сообщали из Варшавы французские дипломаты и разведчики...
Главный охотник за лох-несским чудовищем потряс широкую публику своим заявлением
Никто и не ожидал, что 52 года постоянных поисков завершатся именно так...
В советских газетах снова нашлось предсказание будущего: Что же на этот раз?
Оказалось, что еще в 1948 году «Московский большевик» написал о планах США захватить Гренландию...
Удивительные и невероятные приключения первой советской ракеты класса «воздух-воздух»
Военные историки говорят: без якутских мастеров советские конструкторы не смогли бы «взломать» американскую ракету и построить нашу Р-3...
Случайное открытие поразило ученых: на Памире обнаружен аномальный ледник, который не тает, а, наоборот, растет
Почему исследователи надеются, что в итоге их проект поможет абсолютно всем людям на планете?...
Главная идея фильма «Парк юрского периода», которую наука считала фантастикой, оказалась очень даже реальной
Похоже, ученым придется извиниться перед комарами: кровососы действительно переносят чужие ДНК...
И разверзлись бездны в небе: Эксперты рассказали, может ли космический холод заморозить Землю
От мамонтов в вечной мерзлоте до «моментального» замерзания городов: что наука реально знает о сверхморозах и при чем здесь полярный вихрь?...
Тесла снова меняет правила игры: генератор по проекту гения выжимает электричество из воздуха
Эксперты говорят, что мы только сейчас доросли до великого изобретателя. Из 300 его открытий реализованы лишь десятки. Что еще может скрываться в архивах?...
Почему вирусы в космосе ведут себя странно, а поведение их вообще не предсказуемо?
Новые эксперименты на МКС выявили такие поразительные аномалии. Но ученые только рады этому...
Почему компонент сыра, который используется уже 30 лет, вызвал внезапную панику у американцев?
Эксперты рассказали: используется ли это вещество в России и стоит ли нам волноваться...
Еще одна загадка Древнего Рима: Что делали верблюды-гибриды в сердце Европы?
Эксперты говорят: новое открытие может серьезно переписать историю поздней Римской империи...
225,8 миллиарда долларов: Америка требует от России оплатить колоссальный долг царского времени
Почему ведущие эксперты называют этот иск ящиком Пандоры и предупреждают, что он может закончиться для Штатов и всего Запада огромными проблемами?...
Легендарный египтолог рассказал, что сейчас шансы найти гробницу самой известной древней царицы высоки как никогда
Почему Захи Хавасс так уверен, что сумеет совершить величайшее открытие в долине Нила?...