Материалы, которые можно деформировать, а затем возвращать в исходное состояние по желанию, такие как сплавы с памятью формы, могут иметь большое значение для аэрокосмической промышленности, робототехники и даже моды, если новый умный текстиль из Гарвардского университета будет чем-то подходящим. Изготовленный из остатков шерстяных изделий, программируемый материал можно согнуть в ответ на раздражители и вернуть обратно в исходную форму, при этом команда представляет, как использовать его в изменяющих форму предметах одежды, которые адаптируются к различным сценариям.

Отправной точкой для этого нового материала, изменяющего форму, является волокнистый белок, содержащийся в волосах, ногтях и ракушках, называемый кератином, который также можно найти в шерсти. Кератин обладает некоторыми полезными свойствами для материаловедов, поскольку в виде единой цепи он образует спиралевидную структуру, называемую альфа-спиралью.

Соедините их в достаточном количестве, и вы получите прочное большое волокно с характеристиками памяти формы. По мере того как материал растягивается, катушки разворачиваются и образуются новые связи, которые создают устойчивые листы. Материал остается таким до тех пор, пока он не подвергнется воздействию стимулов, которые вернут катушкам их первоначальную форму.

«Этим проектом мы показали, что мы не только можем перерабатывать шерсть, но и создавать из переработанной шерсти вещи, о которых раньше даже не догадывались», - говорит Кит Паркер, старший автор статьи.

Команда начала с 3D-печати кератиновых листов различной формы, запрограммировав их как «постоянные» состояния, поместив их в раствор перекиси водорода и мононатрийфосфата. Оттуда материалам можно временно придать другие формы в ответ на различные стимулы.

Кератиновый лист в виде сложной звезды оригами, развернувшейся при погружении в воду. Фото: Harvard University

В одном эксперименте команда навсегда закрепила кератиновый лист в виде сложной звезды оригами. Однако, когда звезда была погружена в воду, она развернулась и приняла податливую форму, что позволило сворачивать ее в плотную трубку, которая по мере высыхания листа становилась ее собственной стабильной и функциональной структурой. Затем трубку снова поместили в воду, в результате чего она развернулась и снова сложилась в исходную звезду оригами.

«Этот двухэтапный процесс 3D-печати материала с последующим заданием его постоянных форм позволяет изготавливать действительно сложные формы со структурными особенностями вплоть до микронного уровня», - говорит Лука Сера, первый автор статьи. «Это делает материал пригодным для широкого спектра применений от текстиля до тканевой инженерии».

Исследователи придумывают несколько интересных вариантов использования нового изменяющего форму материала. Они говорят, что его можно использовать для изготовления бюстгальтеров настраиваемых форм и размеров чашек, футболок одного размера, подходящих для всех, или одежды с вентиляционными отверстиями, которые открываются под действием влаги. Таким образом, они надеются, что это поможет решить проблему потерь в индустрии моды.

«Последствия для устойчивости природных ресурсов очевидны», - говорит Паркер. «С переработанным кератиновым белком мы можем сделать столько же или даже больше, чем то, что было сделано стрижкой животных до настоящего времени, и тем самым уменьшить воздействие текстильной и модной индустрии на окружающую среду».

Исследование было опубликовано в журнале Nature Materials, а увидеть материал в действии вы можете на видео.

Источник: New Atlas / Harvard University