Rafael Verduzco, scientifique en matériaux de l'Université Rice, et Morgan Barnes, un étudiant diplômé, vérifient un échantillon tout en travaillant sur des polymères à changement de forme. Ils ont créé un élastomère à cristaux liquides qui peut être moulé dans des formes qui passent de l'un à l'autre lorsqu'il est chauffé. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
Les scientifiques de l'Université Rice ont créé un caoutchouc, matériau qui change de forme et passe d'une forme sophistiquée à une autre à la demande.
Les formes programmées dans un polymère par le scientifique des matériaux Rafael Verduzco et l'étudiant diplômé Morgan Barnes apparaissent dans des conditions ambiantes et fondent lorsque la chaleur est appliquée. Le processus fonctionne également en sens inverse.
Le bon fonctionnement dément une bataille à l'échelle nanométrique, où les cristaux liquides et l'élastomère dans lequel ils sont incrustés se battent pour le contrôle. Quand il est frais, la forme programmée dans les cristaux liquides domine, mais lorsqu'il est chauffé, les cristaux se détendent à l'intérieur de l'élastomère en caoutchouc, comme de la glace qui fond dans l'eau.
Dans la plupart des échantillons que Barnes a réalisés jusqu'à présent, y compris un visage, un logo Riz, un bloc Lego et une rose, la matière prend sa forme complexe à température ambiante, mais lorsqu'il est chauffé à une température de transition d'environ 80 degrés Celsius (176 degrés Fahrenheit), il s'effondre en un drap plat. Lorsque la chaleur est retirée, les formes réapparaissent en quelques minutes.
Aussi fantaisiste que cela puisse paraître, le matériau est prometteur pour les robots mous qui imitent les organismes et dans les applications biomédicales qui nécessitent des matériaux qui prennent des formes préprogrammées à la température du corps.
La recherche est décrite dans le journal de la Royal Society of Chemistry Matière molle .
Un visage fait d'un polymère unique à l'Université Rice prend forme lorsqu'il est refroidi et s'aplatit lorsqu'il est chauffé. Le matériau peut être utile dans la création de robots mous et pour des applications biomédicales. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
"Ceux-ci sont fabriqués avec une chimie en deux étapes qui a été faite depuis longtemps, " dit Verduzco, professeur de génie chimique et biomoléculaire et de science des matériaux et nano-ingénierie. "Les gens se sont concentrés sur la structuration des cristaux liquides, mais ils n'avaient pas réfléchi à la façon dont ces deux réseaux interagissent l'un avec l'autre.
« Nous avons pensé que si nous pouvions optimiser l'équilibre entre les réseaux – les rendre ni trop rigides ni trop mous – nous pourrions obtenir ces changements de forme sophistiqués. »
L'état cristal liquide est le plus simple à programmer, il a dit. Une fois la matière mise en forme dans un moule, cinq minutes de durcissement sous lumière ultraviolette fixent l'ordre cristallin. Barnes a également fabriqué des échantillons qui basculent entre deux formes.
"Au lieu de simples changements de forme uniaxiale, où vous avez quelque chose qui s'allonge et se contracte, nous sommes capables d'avoir quelque chose qui va d'une forme 2D à une forme 3D, ou d'une forme 3D à une autre forme 3D, " elle a dit.
Le prochain objectif du laboratoire est d'abaisser la température de transition. "L'activation à température corporelle nous ouvre à beaucoup plus d'applications, " a déclaré Barnes. Elle a déclaré que les boutons tactiles des smartphones qui apparaissent au toucher ou le texte en braille réactif pour les malvoyants sont à portée de main.
Elle aimerait également développer une variante qui réagit à la lumière plutôt qu'à la chaleur. "Nous voulons le rendre photosensible, " dit Barnes. " Au lieu de chauffer tout l'échantillon, vous ne pouvez activer que la partie de l'élastomère à cristaux liquides que vous souhaitez contrôler. Ce serait un moyen beaucoup plus simple de contrôler un robot mou."
