تحول در ربات‌های نرم با ژل‌های شیشه‌ای کشسان و خود ترمیم شونده

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آیت البرز به نقل از پاپ سای، اگرچه ۵۰ تا ۶۰ درصد از این طبقه جدید ماده از آب تشکیل شده است، اما رطوبت آن خشک نشده و تبخیر نمی‌شود، می‌تواند فشار شدید را تحمل کند و تا پنج برابر اندازه شکل اصلی شان بدون پاره شدن کش بیاید.

بیشتر مردم به دلایل کاملا قابل درک، سال‌ها پیش لنز‌های تماسی سخت و بادوام را به نفع گزینه‌های برپایه ژل کنار گذاشتند؛ پلیمر‌های ژلی نرم‌تر و تزریق شده با مایع، جایگزین‌های راحت‌تر و قابل تنفس تری نسبت به پیشینیان شیشه‌ای خود هستند.

اکنون دانشمندان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی پس از یک مجموعه آزمایش، طبقه‌ی جدیدی از مواد را عرضه کرده اند که برخی از بهترین ویژگی‌های هر دو گزینه را ترکیب می‌کند.

این ژل‌های شیشه‌ای دارای ویژگی‌های چسبندگی منحصربه فردی هستند و برق را با کارایی بیشتری نسبت به پلاستیک‌های معمولی با ویژگی‌های فیزیکی مشابه هدایت می‌کنند. بر اساس اعلام محققان، فرآیند تولید نسبتا ساده به ژل‌های شیشه‌ای آنها اجازه می‌دهد تا با استفاده از چاپگر سه بعدی در هر قالبی ساخته شوند.

«مایکل دیکی» «Michael Dickey» استاد مهندسی شیمی و زیست مولکولی دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی و مجری این تحقیقات می‌گوید: برای تولید بیشتر پلاستیک‌ها با خواص مکانیکی مشابه، باید نخست پلیمر به عنوان ماده اولیه تولید و سپس به تاسیسات دیگری منتقل شده تا پلیمر ذوب و به محصول نهایی تبدیل شود.

اما او و همکارانش برای ساخت ژل شیشه ای، پیش ماده مایع پلیمر شیشه‌ای را با یک حلال مایع ساخته شده از یون‌ها مخلوط کردند. سپس این محلول در قالب ریخته شده و با استفاده از نور ماوراء بنفش پخته می‌شود.

معمولا افزوده شدن حلال به پلیمر موجب جدا شدن زنجیره‌های پلیمری از هم شده و پلیمر نرم و کشسان می‌شود. به همین دلیل است که لنز تماسی مرطوب انعطاف پذیر است و لنز تماسی خشک اینطور نیست. در ژل‌های شیشه ای، حلال زنجیره‌های مولکولی پلیمر را از هم جدا می‌کند، که به آن اجازه می‌دهد مانند ژل کشسان شود. با این حال، جذب شدید یون‌های موجود در حلال به پلیمر، مانع از حرکت زنجیره‌های پلیمری می‌شود. این ناتوانی در حرکت باعث می‌شود ژل، شیشه‌ای و سخت شود، اما در صورت نیاز همچنان قابل کشش است. 

دیکی می‌گوید اگرچه می‌توان از چندین پلیمر برای ساخت ژل‌های شیشه‌ای استفاده کرد، اما پلیمر‌های باردار یا قطبی موثرترین هستند، زیرا جذب مایعات یونی می‌شوند. با وجود آنکه دانشمندان می‌دانند این جاذبه‌های یونی چگونه کار می‌کنند، اما راز چسبندگی ژل‌های شیشه‌ای آنها هنوز فاش نشده است.

مجریان این پژوهش می‌گویند: این شاید جذاب‌ترین ویژگی باشد. چون اگرچه دلیل سخت و کشدار بودن آنها را می‌دانیم، اما در مورد عامل چسبندگی شان فقط می‌توانیم حدس‌هایی بزنیم.

این محققان که هنوز در مراحل اولیه توسعه این طبقه جدید از ماده هستند اطمینان دارند ژل‌های شیشه‌ای می‌توانند در برنامه‌های تولید و مهندسی نوید بخش بوده و به طور فعال به دنبال همکاران جدید هستند.

نتایج این تحقیقات در نشریه Nature منتشر شده است.