توسعه ژل خودترمیم‌شونده با قابلیت تغییررنگ؛ کاربرد در رباتیک و فناوری پوشیدنی + فیلم
پژوهشگران تایوانی ژلی ابداع کرده‌اند که کشسان، خودترمیم‌شونده و تغییررنگ است و می‌تواند در رباتیک نرم، فناوری‌های پوشیدنی و ایمپلنت‌های زیست‌پزشکی کاربرد داشته باشد.
دانشمندان موفق به توسعه یک ماده جدید به شکل ژل شدند که قابلیت تغییر رنگ، خودترمیمی و کشسانی بسیار بالا را دارد و می‌تواند ماده جدید رباتیک باشد.
دانشمندان تایوانی یک ژل کشسان و خود ترمیم‌شونده ابداع کرده‌اند که هنگام کشیده شدن یا گرم شدن تغییر رنگ می‌دهد. این ژل، استحکام و حسگرهای داخلی را در یک ماده واحد ترکیب می‌کند، تحت فشار تغییر رنگ می‌دهد و می‌تواند کاربردهای جالبی را در فناوری‌های پوشیدنی و رباتیک نرم داشته باشد. این ماده جدید به عنوان یک ماده هوشمند و لاستیکی در نظر گرفته می‌شود که با تغییر رنگ فیزیکی به شما می‌گوید چه زمانی تحت فشار است.
به نقل از آی‌ای، این دستاورد بسیار مهم است زیرا اکثر مواد نرم یا کشسان یا به خوبی کش می‌آیند اما به راحتی می‌شکنند یا مقاوم می‌مانند. این مواد خودشان ترمیم نمی‌شوند یا فشار را حس نمی‌کنند. این ژل جدید، استحکام، قابلیت ترمیم و توانایی حسگر را در یک ماده ترکیب کرده است. راز موفقیت این دستاورد، تنظیم هوشمندانه طراحی مولکولی آن است. پژوهشگران از مولکول‌های به هم پیوسته مکانیکی موسوم به «روتاکسان‌ها»(rotaxanes) استفاده کردند که مولکول‌هایی حلقه‌ای شکل هستند و در امتداد یک میله می‌لغزند.
خود ترمیم‌شونده و قوی
این گروه پژوهشی، یک واحد فلورسنت را نیز به این مولکول‌ها متصل کردند. این ماده فلورسنت در حالت آزاد حرکت به رنگ نارنجی می‌درخشد اما وقتی تحت فشار قرار بگیرد – مانند زمانی که کشیده یا خم شود – به رنگ آبی درمی‌آید. بنابراین، وقتی ژل را می‌کشید، به وضوح از نارنجی به آبی تغییر رنگ می‌دهد. سلولز با تشکیل پیوندهای هیدروژنی برگشت‌پذیر در سراسر شبکه، به خودترمیمی ژل کمک می‌کند. از آنجا که مولکول‌های لغزنده در ژل تعبیه شده‌اند، حرکت آنها مستقیماً با کشش ژل جفت می‌شود.
دانشمندان هنگام آزمایش دریافتند که این ژل بسیار کشسان است و می‌تواند به راحتی در برابر کشش بالا بدون شکستن مقاومت کند. همچنین، این ماده بسیار مقاوم است و سفتی ۱۴۲ مگاژول بر متر مکعب را از خود نشان می‌دهد. این ماده با تغییر رنگ خود تحت فشار می‌تواند توزیع فشار را به سادگی ترسیم کند. این ماده از یک حسگر دوگانه بهره می‌برد زیرا با گرما نیز تغییر رنگ می‌دهد. این سامانه در دمای بالا نارنجی و در دمای پایین آبی رنگ است. یکی از مزایای اصلی این ماده، ویژگی خود ترمیم‌شوندگی آن است. این بدان معنی است که می‌تواند آسیب‌ها را در دمای اتاق در عرض چند ساعت یا سریع‌تر با گرمای ملایم توسط خود ترمیم کند.
همچنین بخوانید: عینک واقعیت مجازی: راهکاری نوین برای کاهش درد و اضطراب در کودکان
کاربردهای جالب
این ژل می‌تواند برای فناوری‌های پوشیدنی که فشار را در لحظه تجربه می‌کنند، بسیار مفید باشد. همچنین، این ماده می‌تواند کاربردهای جالبی را در رباتیک نرم داشته باشد که در آن، قطعات باید هم قوی و هم پاسخگو باشند. همچنین، می‌توان از آن برای ساخت پوست مصنوعی یا ایمپلنت‌های زیست‌پزشکی استفاده کرد که می‌توانند حس کنند و خودترمیم باشند. این ژل می‌تواند راه را برای تجهیزات الکترونیکی مقاوم در برابر آسیب نیز باز کند و نشانه‌های قابل مشاهده‌ای از فشار را نشان دهد.
این ماده، یک ژل هوشمند است که در آن مولکول‌های لغزنده کوچک هم به عنوان کمک‌فنر و هم به عنوان نشانگر فشار عمل می‌کنند. اگر آن را بکشید، خودش ترمیم می‌شود؛ در حالی که با تغییر رنگ حرف می‌زند و می‌تواند به شما بگوید چقدر تحت فشار یا گرما قرار گرفته است.
این مطالعه در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است.
منبع: ایسنا
