Исследователи из японского института RIKEN создали гидрогель, который меняет свою форму в зависимости от температуры. При этом структура геля делает деформацию направленной — он значительно изменяет свои линейные размеры лишь в одном направлении. Количество поглощённой гелем жидкости во время таких деформаций остаётся постоянным.

Обычные гидрогели известны тем, что они могут впитывать большое количество жидкости, в несколько раз превышающее их собственный вес. Впитывая жидкость, они равномерно увеличиваются в объёме, а для уменьшения им необходимо отдать её. И этот процесс занимает достаточно долгое время.

Полученный японцами необычный гидрогель работает, как искусственная мышца. При увеличении температуры он значительно растягивается в одном направлении, и слегка сжимается в других, сохраняя первоначальный объём. Квадратный образец становится прямоугольным, а изготовленный учёными уголок из этого материала бодро шагал по ровной поверхности.

При создании материала использовались предыдущие наработки учёных, в которых они коагулировали полимер в гидрогель при помощи света, и создавали тонкие плёнки из оксида металла при помощи магнитных полей. Данный материал состоит из множества слоёв нанотолщины, скреплённых между собой полимером, между которыми действуют силы электростатического отталкивания. В результате, при повышении температуры отталкивание начинает преобладать, и материал расширяется в одном направлении, увеличивая расстояние между слоями.

Ясухиро Ишида, один из исследователей, поясняет, что учёные стремились создать материал, расширяющийся в одном направлении, но при этом такие его свойства, как сохранение объёма и способность работать без жидкости, на воздухе, стали для них неожиданностью. Как превзошла ожидания и высокая скорость деформации, составляющая около 70% длины в секунду.

Пока учёные ведут дальнейшие исследования в этой области. Такой материал можно будет использовать в качестве искусственных мускулов, например, в каких-либо клапанах, которые должны быстро срабатывать при изменении температуры.

Источник:

Youn Soo Kim, Mingjie Liu, Yasuhiro Ishida, Yasuo Ebina, Minoru Osada, Takayoshi Sasaki, Takaaki Hikima, Masaki Takata, and Takuzo Aida, «Thermoresponsive actuation enabled by permittivity switching in an electrostatically anisotropic hydrogel», Nature Materials , doi: 10.1038/nmat4363