Физики из Массачусетского технологического института разработали новый тип пасты, пригодный для программирования формы будущих изделий. В зависимости от обработки листы этой пасты меняют свою форму в воде: из плоских «заготовок» можно получить макароны, канноли, ротини («спиральки») и другие известные формы. По словам авторов, новый подход к изготовлению пасты поможет оптимизировать расходы на доставку — в упаковках с обычными формами пасты более 67 процентов объема занимает воздух. Ученые рассказали о разработке на конференции Ассоциации по вычислительной технике в Денвере, кратко о ней сообщает пресс-релиз MIT.

Паста различной формы — в зависимости от того, как нанесены полоски крахмала, плоский лист желатиновой пасты сворачивается в соответствующую трехмерную фигуру. Michael Indresano Photography

Соответствие между расположением полосок целлюлозы и формой пасты после погружения в воду. Wen Wang et al. / ACM, 2017

Соответствие между расположением полосок целлюлозы и формой пасты после погружения в воду. Wen Wang et al. / ACM, 2017

Изменением формы многих материалов можно управлять. Например, известны сплавы с памятью формы (нитинол): если закалить такую проволоку в форме пружины, а после этого разгладить ее, то при нагреве она снова свернется в пружину. Другой подход к управлению формой — создание двухслойных материалов, в которых механические свойства нижнего слоя отличаются от верхнего. Например, один из слоев может сильнее расширяться при нагревании — тогда плоский лист из такого композита будет изгибаться. Альтернативный вариант — один из материалов может легко впитывать в себя влагу и разбухать. На основе таких материалов была разработана техника 4D-печати (печати в трех пространственных измерениях и программирования изменения формы во времени — четвертом измерении).

Авторы новой работы воспользовались сходной техникой для создания съедобной пасты, меняющей свою форму в горячей воде. Она состоит из слоев желатина и съедобной целлюлозы, однако, по словам ученых, в материале можно использовать крахмал, агар и вещества белковой природы. 

Соответствие между расположением полосок целлюлозы и формой пасты после погружения в воду. Wen Wang et al. / ACM, 2017

В первой версии меняющей форму пасты физики использовали два слоя желатина с разной плотностью — более плотный слой впитывал в себя больше влаги и сильнее расширялся, изгибая пластинку. Затем поверх желатина авторы нанесли полоски целлюлозы, практически не впитывающей влагу. В зависимости от того, как были организованы эти полоски (расходились радиально или были расположены параллельно), а также формы фрагментов пасты — прямоугольник, круг, полукруг, — при обработке водой материалы принимали разную форму. Помимо стандартных форм исследователи научились создавать пасту седловидной формы и в форме цветов.

Примеры блюд, приготовленных с помощью меняющей форму пасты. Wen Wang et al. / ACM, 2017

В оригинальной статье ученые приводят несколько примеров блюд на основе такой пасты. Например, если поместить прямоугольные листы желатиновой пасты в блюдо с водой, где на поверхности плавает икра, то за счет сворачивания листов можно создать аналог канноли — завернутой в трубочку пасты с начинкой внутри. Над рецептами ученые работали с шеф-поваром одного из бостонских ресторанов. Как отмечают физики, для создания материала не обязательно использовать специализированные принтеры — можно использовать обычную трафаретную печать.

Приготовьте съедобный желатиновый гель (6 массовых процентов) в тарелке с плоским дном. Используйте для этого жидкость с вкусовыми добавками (чернила кальмара, морские водоросли, экстракт из картофельной кожуры). Высушите желатиновую пленку потоком воздуха (фен или вентилятор) — это займет около 12 часов. Нанесите на нее с помощью принтера раствор целлюлозы (30 массовых процентов) в виде линий. Разрежьте пленку на фигуры разных форм и погрузите в воду, нагретую до 30 градусов Цельсия. Изменение должно произойти в течение двух минут.

Физики допускают создание стартапа, который отправлял бы на дом необходимые ингредиенты. Желаемую форму для пасты пользователи смогут разработать сами с помощью онлайн приложений — процесс сворачивания можно легко моделировать на основе механических свойств желатина и целлюлозы или других материалов.

Ранее мы сообщали о чайном сервизе, напечатанном с помощью 3D-принтера из чая и о том, как напечатать искусственную «медузу».

Автор: Владимир Королёв