Ученые университета Небраски в Линкольне разработали гибкий материал, объединяющий гидрогель и силикон, с уникальными свойствами. Он может менять свои размеры и физические характеристики, что открывает широкие возможности применения. Например, с помощью этого материала можно создать систему машинного зрения с возможностью простой фокусировки массивов мягких линз или даже внедрить глаза в поверхность кожи роботов.

Один из основных вызовов при создании адаптивного материала на основе гидрогеля и силикона — их взаимное отторжение. Чтобы решить эту проблему, нужно было дополнить физическую связь химической. Команда физиков и химиков смогла разработать оптимальный рецепт для смешивания ингредиентов и условий полимеризации, чтобы полимерные цепочки гидрогеля стали продолжением полимерных цепочек силикона. Они использовали определенные соединения лития и провели последующую обработку с помощью ультрафиолетового излучения.

Ученые проверили прочность материала, проведя множество экспериментов. Они обливали его водой, растягивали и скручивали силикон, наклеивали и снимали куски скотча, пытаясь извлечь линзы. Исследователи даже подвергли материал воздействию ультразвуковой ванны, используя частоты, часто применяемые для очистки ювелирных изделий и электроники. Все эти испытания не смогли повредить или отделить микроскопические линзы, подтверждая высокую прочность материала.

На основе нового материала были созданы массивы микролинз, похожих на состав фасеточных глаз насекомых, например, мух. Гибкость материала позволила реализовать систему фокусировки. Причем в процессе фокусировки линзы почти не меняли свою форму. Изменение фокусного расстояния происходило благодаря изменению плотности линз, что в свою очередь меняло угол преломления света. Чтобы достичь этого, гидрогелевые линзы нагревались до температуры 80°C с помощью жидкости, которая проникала через капилляры внутри линз.

В результате ученые получили массивы микролинз с регулируемой фокусировкой, которые могут размещаться на гибкой подложке. Эти массивы могут быть использованы для покрытия кожи мягких роботов, позволяя им ориентироваться в окружающем пространстве без необходимости использования сложных бинокулярных систем. Роботы смогут видеть с помощью своей кожи на 360° без необходимости поворачивать голову. Более того, такая технология будет полезна автомобилям с автопилотом, позволяя им более точно воспринимать дорожные условия и обеспечивая безопасность на дороге.

В биологии подобный адаптируемый материал можно применять для культивирования многих видов живых тканей. Гидрогель уже сейчас является основой для подобных работ. А в перспективе можно будет создавать предметы, которые будут адаптироваться по мере того, как их владелец растет.