Інженери з Єльського університету розробили “розумну” тканину, яка може змінювати свою жорсткість і форму та запам’ятовувати її залежно від ситуації навколо. З неї вчені створили модель літака, який може закручувати крила, джгут, який сам стискається навколо руки та подушку, яка може змінювати форму і витримувати навантаження. Статтю про нову розробку було опубліковано в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
Літак, який обгорнувся крилами з цієї тканини. Yale School of Engineering & Applied Science / YouTube
Як тканина може сама змінювати свої параметри?
Активною цю тканину зробили волокна, з яких вона була створена. Інженери застосували три види: волокно зі сплаву, який може змінювати і запам’ятовувати свою форму, волокно з низькотемпературного сплаву, який дає змогу регулювати жорсткість і волокно, яке відповідає за зв’язок із зовнішнім середовищем, як датчик дотику. Ці волокна можна по-різному об’єднувати і по-різному використовувати їхні властивості для створення багатофункціональних матеріалів, як-от для розумного обладнання, здатного адаптуватись до ситуації або високотехнологічного одягу.
Подушка з “розумної” тканини. Yale School of Engineering & Applied Science / YouTube
Це як матраци з ефектом пам’яті?
Волокна, використані американськими інженерами, дещо розумніші за Memory Foam - модифікований пінополіуретан низької пружності від NASA. Їх тканина змінює і запам’ятовує свою форму завдяки сплаву з нікелід титану (нітинолу). Підвищуючи температуру, йому можна надати потрібну форму і потім змінювати її у будь-який спосіб — деформувати. А якщо знадобиться повернути матеріалу його первісний вигляд, то достатньо буде знову його нагріти та пропустити крізь нього електричний струм. Такі сплави вже використовують, але у своїй роботі вчені вирішили вбудувати не одну велику пластину з нього, а декілька, парами з протилежних сторін, які дозволяють матеріалу вигинатись.
Другою і не менш важливою характеристикою, якою вчені наділили свій матеріал, є його здатність змінювати свою жорсткість. Сплав Філда(Field’s metal) та епоксидної смоли за підвищення температури може швидко здійснювати перехід скло-рідина, тобто з твердого стану в еластичний, що дасть змогу матеріалу витримувати навантаження. Нагрівання регулює сталевий дріт, а перехід з одного стану в інший відбувається лише за 20 секунд. Відчувати внутрішні зміни чи зміни навколишнього середовища тканині дозволить третій вид волокна - “фарба” з наночастинок полідиметил-силоксану (PDMS), яка може легко проникати та зв’язуватися з окремими нитками тканини. Її можна друкувати одразу на тканині й використовувати як датчик руйнування чи зміни форми.
Навіщо це інженерам?
Тканини як матеріал, мають безліч застосувань у сферах, що вимагають гнучкості, повітропроникності, компактності й невеликої ваги. Нові технології дозволяють доповнити їхні статичні властивості й дозволити реагувати на зовнішні стимули. З огляду на такий широкий простір для розробки нових матеріалів, можливість “роботизації” тканин може призвести до створення інтелектуального адаптивного одягу, складних укриттів та інструментів, які самі розгортатимуться в потрібний момент.
Ми вже знаємо про тканини з датчиками температур та навіть про такі, що можуть охолоджувати вас, змінюючи свою структуру. Проте, нова розробка дослідників не просто доповнює, але і змінює властивості тканини. У якості прикладу інженери продемонстрували джгут, здатний виявити пошкодження та стиснутися на руці й стати більш жорстким. Також вони продемонстрували подушку, яка збільшується в об’ємі, фіксує свою форму та витримує вагу в 50 грамів і літак, крила якого змогли закрутитися навколо корпусу.