Исследователи из Китая разработали инновационный полиэлектролитный гидрогель, обладающий поистине уникальными свойствами. В отличие от традиционных гидрогелей, которые могут растягиваться лишь в одном направлении и не возвращаются к первоначальной форме.
Этот материал способен увеличиваться в размере до 15 раз по сравнению с исходной длиной, а затем восстанавливать свою первоначальную конфигурацию.
Ученые считают, что их разработку можно будет использовать для создания мягких роботизированных захватов и искусственных сухожилий. До сих пор инженерам не удавалось создать достаточно эффективные мягкие манипуляторы для роботов, что серьезно тормозит применение таких систем в реальной экономике. Жесткие манипуляторы не подходят для деликатных операций, например, сбора ягод и фруктов или работы с электронными изделиями, а известные на сегодня мягкие пластиковые системы сравнительно быстро выходят из строя из-за изменяющихся механических нагрузок.
Разработанный китайскими химиками гидрогель представляет собой сшитые полимерные цепочки, соединенные молекулами воды. Ученые улучшили стандартную структуру, добавив в нее своеобразные "жемчужные ожерелья" — свернутые полимерные шарики, соединенные атомами углерода. Эти шарики могут "разматываться" при механических нагрузках и "сматываться" обратно, когда нагрузка ослабевает. Такая структура обеспечивает гидрогелю возможность растягиваться во всех направлениях и восстанавливать первоначальную форму после деформаций.
В ходе экспериментов команда Лили Чен установила, что 30-сантиметровый слой их гидрогеля может растягиваться почти до 5 метров и за считаные секунды возвращаться к исходным размерам. Диск диаметром 2 сантиметра способен увеличиваться в объеме в 100 раз.
Ученые создали из этого материала мягкие роботизированные захваты, которые бережно обращаются с хрупкими предметами, включая ягоды и фрукты. Такие захваты оказались чрезвычайно устойчивыми к повреждениям — они продолжали работать даже после того, как на них наступали или протыкали их иглой.
Авторы отмечают, что их гидрогель идеально подходит для использования в качестве многофункциональных пневматических захватов, сочетающих большую дальность захвата и способность к самовосстановлению. Кроме того, разработку можно будет применять в медицине для создания искусственных сухожилий.
Работа китайских ученых представляет собой прорыв в области высокоэффективных полимерных материалов и вызовет значительный интерес к использованию сверхэластичных гидрогелей в мягкой робототехнике.