Исследователи из Массачусетского технологического института (США) разработали детальную математическую модель поведения одного из полимеров, способных изменять свою форму.

Анализ призван сделать этот интересный материал более простым в использовании. Потенциальные области применения включают вживляемые биомедицинские устройства и космические конструкции, которые могут быть запущены в компактном виде и развёрнуты на орбите.

Такие материалы можно сплющить, скрутить или согнуть в самых разных конфигурациях, но при нагревании выше некоторой пороговой температуры (в тёплой воде или печи) они возвращаются к оригинальной форме, то есть к той, в которой были сделаны. Первыми «ласточками» с таким свойством были металлические сплавы — например, нитинол (никель и титан). Их «последователи» на полимерной основе обладают целым рядом преимуществ.

Лаллит Ананд и его студенты посвятили себя изучению материала, который способен вдвое увеличиваться в размерах (нитинол, к примеру, увеличивается только на 5%). Дополнительная ёмкость делает возможной более сложную геометрию для новых областей применения. Кроме того, сам материал более мягкий и эластичный, чем металлические сплавы, что снижает вероятность повреждения окружающих тканей при использовании, например, в биомедицинских целях.

Проблема в том, что до сих пор наука не достигла полного понимания молекулярных процессов, ответственных за свойства запоминающих форму полимеров. Поэтому любая попытка использовать материал в новой для него области осуществляется только методом проб и ошибок. Численное понимание поведения материала не имеет значения для применения его в термоусадочных трубках, но для систем хранения данных и пр. это очень важно.

По словам исследователей, проведённое моделирование позволит относительно точно проектировать сложные приборы и системы. Модель удалось подтвердить в ходе лабораторных испытаний. В частности, моделировался стент — устройство для поддержания кровеносных сосудов открытыми.

Специалисты признают, что при всех успехах остаётся несколько нерешённых вопросов, касающихся, например, длительности срока службы таких структур при нескольких миллионах циклов деформации. Кроме того, анализ был посвящён только одному составу из целой группы материалов.

Миф о вечном возвращении:

Результаты исследования опубликованы в издании Journal of the Mechanics and Physics of Solids.