Представьте себе, что вместо того, чтобы менять верхнюю одежду каждый сезон, у вас есть возможность носить куртку, которая может динамически изменять свою форму и сохранять тепло при понижении температуры.
Программируемое волокно FibeRobo сжимается при повышении температуры и возвращается в исходное состояние при ее снижении без применения встроенных датчиков или других жестких компонентов.
Современные волокна, способные изменять форму, имеют недостатки, которые не позволяют использовать их в текстиле вне лабораторных условий. Исследователи Массачусетского технологического института стремились создать волокно, которое могло бы срабатывать бесшумно и резко изменять свою форму, оставаясь при этом совместимым с обычными процессами производства текстиля. Для достижения этой цели они применили материал, известный как жидкристаллический эластомер (LCE).
Жидкий кристалл состоит из молекул, которые могут течь, как жидкость, но также способны переходить в кристаллическую структуру. Исследователи объединили эти кристаллические структуры в гибкую сеть, напоминающую резиновую ленту.
При нагревании материала кристаллические молекулы начинают двигаться и стягивают сетку эластомера, вызывая сжатие волокна. При охлаждении молекулы возвращаются в свои исходные позиции, а волокно восстанавливает свою первоначальную длину. Регулируя состав и процесс синтеза LCE, исследователи могут управлять свойствами получаемого материала, такими как его толщина или температура, при которой он меняет форму.
Для создания волокна из LCE ученые использовали специальную установку, состоящую из деталей, изготовленных на 3D-принтере с помощью лазерной резки и базовой электроники. Процесс производства волокна был разделен на несколько этапов.
Сначала плотную и вязкую смолу подогревают и медленно выдавливают через сопло, как в клеевом пистолете. При этом смолу аккуратно отвердяют с помощью ультрафиолетовых лучей, которые освещают обе стороны волокна.
Сложность заключается в том, что для достижения оптимального результата необходимо правильно настроить яркость ультрафиолетового света. Если свет слишком тусклый, материал может отделяться и капать из машины, а если слишком яркий, появляются комки и волокна получаются неровными.
Затем полученное волокно помещают в масло для придания ему скользкости и вновь отверждают при помощи ультрафиолетового излучения полной мощности. Это создает прочное и гладкое волокно. После этого его собирают на верхнюю катушку, и волокно покрывается порошком, чтобы оно легко скользило в машинах для текстильного производства.
Процесс создания занимает сутки и позволяет получить около километра готового волокна. Изготовленный материал может сжиматься до 40%, не сгибаясь, действовать при безопасных для кожи температурах и производиться с помощью недорогой установки по цене 20 центов за метр. Это в 60 раз дешевле, чем коммерчески доступные волокна, меняющие форму.
<iframe src="https://vk.com/video_ext.php?oid=-48265019&id=456240456&autoplay=1&partner_ext=123" width="426" height="240" allow="autoplay; encrypted-media; fullscreen; picture-in-picture;" frameborder="0" allowfullscreen></iframe>
Доступное волокно полностью совместимо с технологиями текстильного производства — ткацкими станками, вышивальными и промышленными вязальными машинами. Материал может производиться непрерывно километрами. Это даст возможность дизайнерам легко внедрять новые функции в широкий ассортимент тканей. Волокно может использоваться в программируемом компрессионном белье, которое помогает в восстановлении после операций.
Кроме того, волокна можно комбинировать с проводящей нитью, которая выполняет роль нагревательного элемента при прохождении через нее электрического тока. Таким образом, волокна будут активироваться с помощью электричества, что даст пользователю возможность цифрового управления формой текстиля. Например, ткань может изменять форму в зависимости от показаний датчика сердечного ритма.
Фото: hi-tech.mail.ru