O cientista de materiais da Universidade Rice, Rafael Verduzco, e a estudante de graduação Morgan Barnes verificam uma amostra enquanto trabalham em polímeros que mudam de forma. Eles criaram um elastômero de cristal líquido que pode ser moldado em formas que mudam de uma para outra quando aquecido. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Cientistas da Rice University criaram um material que muda de forma que se transforma de uma forma sofisticada em outra sob demanda.
As formas programadas em um polímero pelo cientista de materiais Rafael Verduzco e a estudante de graduação Morgan Barnes aparecem em condições ambientais e derretem quando o calor é aplicado. O processo também funciona ao contrário.
A operação suave esconde uma batalha em nanoescala, onde os cristais líquidos e o elastômero no qual estão embutidos lutam pelo controle. Quando esfriar, a forma programada nos cristais líquidos domina, mas quando aquecido, os cristais relaxam dentro do elastômero semelhante a um elástico, como gelo derretendo em água.
Na maioria das amostras que Barnes fez até agora - incluindo um rosto, um logotipo da Rice, um bloco de Lego e uma rosa - o material assume sua forma complexa em temperatura ambiente, mas quando aquecido a uma temperatura de transição de cerca de 80 graus Celsius (176 graus Fahrenheit), ele se desmonta em uma folha plana. Quando o calor é removido, as formas voltam a aparecer em alguns minutos.
Por mais fantasioso que pareça, o material é promissor para robôs soft que imitam organismos e em aplicações biomédicas que requerem materiais que assumem formas pré-programadas à temperatura corporal.
A pesquisa é descrita no jornal Royal Society of Chemistry Matéria Macia .
Uma face feita de um polímero exclusivo da Rice University toma forma quando resfriada e se achata quando aquecida. O material pode ser útil na criação de robôs soft e para aplicações biomédicas. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
"Eles são feitos com uma química de duas etapas que vem sendo feita há muito tempo, "disse Verduzco, professor de engenharia química e biomolecular e de ciência dos materiais e nanoengenharia. "As pessoas se concentraram em padronizar os cristais líquidos, mas eles não haviam pensado em como essas duas redes interagem entre si.
"Achamos que se pudéssemos otimizar o equilíbrio entre as redes - torná-las não muito rígidas e nem muito moles - poderíamos obter essas mudanças de formato sofisticadas."
O estado de cristal líquido é mais fácil de programar, ele disse. Uma vez que o material recebe a forma de um molde, cinco minutos de cura sob luz ultravioleta definem a ordem cristalina. Barnes também fez amostras que alternam entre duas formas.
"Em vez de mudanças simples de forma uniaxial, onde você tem algo que alonga e contrai, somos capazes de ter algo que vai de uma forma 2-D para uma forma 3-D, ou de uma forma 3-D para outra forma 3-D, " ela disse.
A próxima meta do laboratório é diminuir a temperatura de transição. "A ativação à temperatura corporal nos abre para muito mais aplicações, Ela disse que os botões táteis do smartphone que aparecem quando tocados ou o texto em braille reativo para deficientes visuais estão ao seu alcance.
Ela também gostaria de desenvolver uma variante que reaja à luz em vez de ao calor. "Queremos torná-lo responsivo a fotos, "Disse Barnes." Em vez de aquecer toda a amostra, você pode ativar apenas a parte do elastômero de cristal líquido que deseja controlar. Essa seria uma maneira muito mais fácil de controlar um robô macio. "
