Ученые создали особые нити, которые реагируют на изменение температуры — сгибаются, скручиваются или меняют размер. Технология 3D печати позволяет заранее задать, как именно будет деформироваться материал, что открывает путь к созданию гибких механизмов, вдохновленных природой.

Исследователи из Гарварда разработали инновационную технологию создания гибких нитей, которые имитируют работу биологических мышц — сгибаются, скручиваются, расширяются или сжимаются при изменении температуры.

В основе технологии лежит ротационная мультиматериальная 3D‑печать. С ее помощью ученые создают нити, комбинируя два типа материалов: жидкокристаллический эластомер, который сжимается при нагревании выше температуры перехода, и мягкий эластомер — он сохраняет форму при перепадах температуры и задает направление движения. Выдавливая материалы одновременно через вращающееся сопло, исследователи точно размещают активные и пассивные области по всему поперечному сечению нити. Это позволяет «записать» спиралевидную ориентацию активных молекул и заранее запрограммировать кривизну и скручивание нити при активации.

Автор исследования Мустафа Абдельрахман ранее работал с листами из жидкокристаллических эластомеров и искал более гибкие методы управления их свойствами. Команда привлекла специалистов по механике природных структур и молекулярной структуре материалов для совершенствования технологии.

Ученые уже продемонстрировали возможности технологии. Они создали синусоидальные нити с разным поведением при нагреве. В зависимости от расположения активного эластомера нить может выпрямляться и расширяться или сжиматься. На основе таких нитей команда изготовила активные фильтры, которые раскрываются и сжимаются в зависимости от температуры, а также автономные решетки-захваты для перемещения объектов.

Диаметр напечатанных нитей достигает 100 микрон, и команда активно изучает возможности его дальнейшего уменьшения.

Джексон Уилт

аспирант Школе инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона Гарвардского университета

Эта работа открывает путь к созданию более сложных конструкций. Потенциальные области применения технологии охватывают мягкую робототехнику, создание активных фильтров и клапанов с регулируемой пористостью, а также разработку биомедицинских устройств — например, инъекционных нитей, формирующих пористые структуры с большой площадью поверхности. Результаты исследования опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Источник