Ученые создали умный текстиль, который запоминает свою форму

Материалы, которые можно деформировать, а затем возвращаться в исходное состояние по желанию, такие как сплавы с памятью формы, могут иметь большое значение для аэрокосмической промышленности, робототехники и других применений.

Теперь исследователи Гарвардского университета создали новый умный текстиль. Изготовленный из остатков шерстяных изделий, программируемый материал можно согнуть в ответ на раздражители и вернуть обратно в исходную форму, при этом команда ученых 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, спирали разворачиваются и образуются новые связи, которые создают устойчивые листы. Материал остается таким до тех пор, пока он не подвергнется воздействию стимулов, которые вернут спиралям их первоначальную форму.

«С помощью этого проекта мы показали, что 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 ученых 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.

В одном эксперименте ученые навсегда закрепили 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», — говорят ученые. «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.

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