Δημιουργήθηκε ένα αυτοθεραπευόμενο υλικό ανίχνευσης

Το νέο υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην προσθετική, καθώς και στη δημιουργία ηλεκτρονικών συσκευών.

Οι επιστήμονες προσπαθούν εδώ και πολλά χρόνια να δημιουργήσουν ένα υλικό που θα μιμείται το ανθρώπινο δέρμα, θα έχει τα ίδια χαρακτηριστικά και θα εκτελεί παρόμοιες λειτουργίες. Οι κύριες ιδιότητες του δέρματος που προσπαθούν να αναδημιουργήσουν οι επιστήμονες είναι η ευαισθησία και η ικανότητα επούλωσης. Χάρη σε αυτές τις ιδιότητες, το ανθρώπινο δέρμα στέλνει σήματα στον εγκέφαλο σχετικά με τη θερμοκρασία και την πίεση και χρησιμεύει ως προστατευτικό φράγμα έναντι των περιβαλλοντικών ερεθιστικών παραγόντων.

Μέσα από επίπονη εργασία, η ομάδα του καθηγητή χημικής μηχανικής του Πανεπιστημίου Στάνφορντ, Ζενάν Μπάο, κατάφερε για πρώτη φορά να δημιουργήσει ένα υλικό που συνδυάζει αυτές τις δύο ιδιότητες.

Τα τελευταία δέκα χρόνια, έχουν δημιουργηθεί πολλά παραδείγματα «τεχνητού δέρματος», αλλά ακόμη και τα πιο προηγμένα από αυτά είχαν πολύ σοβαρά μειονεκτήματα. Μερικά από αυτά απαιτούν υψηλές θερμοκρασίες για να «επουλωθούν», γεγονός που καθιστά αδύνατη τη χρήση τους σε καθημερινές οικιακές συνθήκες. Άλλα αποκαθίστανται σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά κατά την αποκατάσταση η μηχανική ή χημική τους δομή αλλάζει, γεγονός που τα καθιστά, στην πραγματικότητα, μιας χρήσης. Αλλά το πιο σημαντικό, κανένα από αυτά τα υλικά δεν ήταν καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού.

Ο Ζενάν Μπάο και οι συνάδελφοί του έκαναν ένα σημαντικό βήμα προς αυτή την κατεύθυνση και συνδύασαν τις αυτοθεραπευτικές ιδιότητες ενός πλαστικού πολυμερούς και την ηλεκτρική αγωγιμότητα ενός μετάλλου σε ένα μόνο υλικό για πρώτη φορά.

Οι επιστήμονες ξεκίνησαν με ένα πλαστικό που αποτελούνταν από μακριές αλυσίδες μορίων συνδεδεμένων με δεσμούς υδρογόνου. Πρόκειται για μια αρκετά ασθενή σύνδεση μεταξύ της θετικά φορτισμένης περιοχής ενός ατόμου και της αρνητικά φορτισμένης περιοχής του επόμενου. Αυτή η δομή επέτρεπε στο υλικό να αυτο-επουλώνεται αποτελεσματικά μετά από εξωτερικές επιδράσεις. Τα μόρια διασπώνται αρκετά εύκολα, αλλά στη συνέχεια επανασυνδέονται στην αρχική τους μορφή. Το αποτέλεσμα ήταν ένα εύκαμπτο υλικό που οι επιστήμονες συνέκριναν με καραμέλα που αφήνεται στο ψυγείο.

Οι επιστήμονες πρόσθεσαν μικροσωματίδια νικελίου σε αυτό το ελαστικό πολυμερές, τα οποία αύξησαν τη μηχανική αντοχή του υλικού. Επιπλέον, αυτά τα σωματίδια αύξησαν την ηλεκτρική του αγωγιμότητα: το ρεύμα άγεται εύκολα από το ένα μικροσωματίδιο στο άλλο.

Το αποτέλεσμα ανταποκρίθηκε σε όλες τις προσδοκίες. «Τα περισσότερα πλαστικά είναι καλοί μονωτές, αλλά εμείς έχουμε έναν εξαιρετικό αγωγό», συνόψισε ο Ζενάν Μπάο.

Στη συνέχεια, οι επιστήμονες εξέτασαν την ικανότητα του υλικού να ανακάμπτει. Έκοψαν ένα μικρό κομμάτι του υλικού στη μέση με ένα μαχαίρι. Πιέζοντας ελαφρά τα δύο μέρη που προέκυψαν, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το υλικό είχε ανακτήσει το 75% της αρχικής του αντοχής και ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Μισή ώρα αργότερα, το υλικό είχε ανακτήσει πλήρως τις αρχικές του ιδιότητες.

«Ακόμα και το ανθρώπινο δέρμα χρειάζεται μερικές μέρες για να επουλωθεί. Πιστεύω λοιπόν ότι έχουμε πετύχει ένα αρκετά καλό αποτέλεσμα», δήλωσε ο συνάδελφος του Μπάο, Μπέντζαμιν Τσι Κιόν Τι.

Το νέο υλικό πέρασε με επιτυχία και την επόμενη δοκιμή - 50 κύκλους κοπής-ανάκτησης.

Οι ερευνητές δεν πρόκειται να σταματήσουν εκεί. Στο μέλλον, θέλουν να αξιοποιήσουν καλύτερα τα σωματίδια νικελίου στο υλικό, καθώς όχι μόνο το κάνουν πιο ανθεκτικό και βελτιώνουν την ηλεκτρική του αγωγιμότητα, αλλά μειώνουν και την ικανότητά του να αυτοεπιδιορθώνεται. Η χρήση μικρότερων μεταλλικών σωματιδίων θα μπορούσε να κάνει το υλικό ακόμη πιο αποτελεσματικό.

Μετρώντας την ευαισθησία του υλικού, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι μπορεί να ανιχνεύσει και να αντιδράσει στην πίεση με τη δύναμη μιας χειραψίας. Γι' αυτό ο Μπάο και η ομάδα του είναι βέβαιοι ότι η εφεύρεσή τους μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε προσθετικά άκρα. Επιπλέον, σχεδιάζουν να κάνουν το υλικό τους όσο το δυνατόν πιο λεπτό και διαφανές, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επικάλυψη ηλεκτρονικών συσκευών και των οθονών τους.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]