Δεν ήταν μικρή πρόκληση που αντιμετωπίζει μια ομάδα επιστημόνων στο Πανεπιστήμιο Johannes Kepler Linz:
σχετικό περιεχόμενο
- Το Slugs εμπνεύσει την εξαιρετικά ισχυρή κόλλα για να σφραγίσει τα τραύματα
- Ένα νέο Superglue περιστρέφει τα μύδια του
Θα μπορούσαν να κάνουν το superglue ακόμα πιο σούπερ;
Οι ερευνητές παλεύουν με ένα ιδιαίτερα ακανθώδες πρόβλημα: Όταν πρόκειται για τη συγκόλληση υλικών με υδροπηκτές - μαλακά, σκουριασμένα αντικείμενα αποτελούμενα από πολυμερή αιωρούμενα στο νερό - καμία κόλλα δεν ήταν πολύ αποτελεσματική. Αν η υδρογέλη τεντωθεί, ο δεσμός έγινε εύθραυστος και αποσπάστηκε. (Φανταστείτε να προσπαθήσετε να συγκολλήσετε δύο κύβους Jell-O μαζί.) Ήταν ένα δίλημμα στα ατέρμονα πεδία των "μαλακών" ηλεκτρονικών και της ρομποτικής που βασίζονταν σε υδρογέλες.
Ενώ έχουν χρησιμοποιηθεί εδώ και πολλά χρόνια για να φορέσουν πληγές ή σε μαλακούς φακούς επαφής, οι υδρογέλες έχουν γίνει πιο πρόσφατα ένα βασικό συστατικό μερικών καινοτόμων προϊόντων, από ηλεκτρονικά "Band-Aids" που μπορούν να παραδώσουν φάρμακα, σε τεντώσιμα ηλεκτρονικά μικροσκοπικά, ζελατινοειδή ρομπότ που μπορούν να εμφυτευτούν μέσα στο σώμα ενός ατόμου.
Οι επιστήμονες μπορούν να προσκολλώνουν υδρογέλες σε άλλα αντικείμενα με επεξεργασία υπεριώδους φωτός, αλλά η διαδικασία μπορεί να διαρκέσει για μία ώρα. Αυτό δεν είναι πολύ αποτελεσματικό, λέει ο Martin Kaltenbrunner, ένας από τους αυστριακούς ερευνητές.
"Αυτό γεφυρώνει το χάσμα ανάμεσα σε μαλακά και σκληρά υλικά είναι πραγματικά μια μεγάλη πρόκληση για όλους στον τομέα", είπε. «Ψάξαμε πραγματικά για ένα γρήγορο πρωτότυπο, ένα do-it-at home τρόπο σύνδεσης υδρογελών σε διάφορα υλικά που είναι γρήγορα και καθολικά. Αυτό που ήταν έξω εκεί ήταν λίγο υπερβολικά ανέφικτο να εφαρμοστεί στα εργαστήριά μας και να το χρησιμοποιήσουμε σε καθημερινή βάση. "
Η ομάδα σκέφτηκε πολλά για το τι μπορεί να λειτουργήσει. Κάποιος πρότεινε το superglue. Γιατί όχι, δεδομένου ότι οι υδρογέλες είναι κυρίως το νερό, και οι superglue συνδέουν τα πράγματα μαζί επειδή το νερό προκαλεί την αντίδραση.
Αλλά δεν ήταν τόσο εύκολο. Όταν ο Kaltenbrunner και οι άλλοι ερευνητές προσπάθησαν να χρησιμοποιήσουν το superglue off-the-shelf, δεν λειτούργησε πολύ καλά. Αφού στεγνώσει και η υδρογέλη τεντωθεί, ο δεσμός ξανασπάται και αποτυγχάνει.
Έπειτα, κάποιος ήρθε με την ιδέα να προσθέσει έναν μη διαλύτη, ο οποίος δεν θα διαλύσει στην κόλλα και θα τον κρατήσει από τη σκλήρυνση. Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει την κόλλα να διασπαστεί στην υδρογέλη.
Και αυτό, αποδείχθηκε, ήταν η απάντηση.
Η ανάμειξη των κυανοακρυλικών - των χημικών ουσιών σε επιχρίσματα - με ένα μη διαλύτη κράτησε το συγκολλητικό από τη διάλυση και όταν τα υλικά πιέζονταν μαζί, η κόλλα διαχέεται στα εξωτερικά στρώματα της υδρογέλης. "Το νερό ενεργοποιεί τον πολυμερισμό των κυανοακρυλικών", εξήγησε ο Kaltenbrunner, "και εμπλέκεται με τις πολυμερείς αλυσίδες του πηκτώματος, πράγμα που οδηγεί σε πολύ σκληρό δεσμό". Με άλλα λόγια, η κόλλα ήταν ικανή να διαρρεύσει κάτω από την επιφάνεια του την υδρογέλη και να συνδεθεί με τα μόρια της, σχηματίζοντας μια ισχυρή προσκόλληση μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα.
Ήταν σαφές ότι οι ερευνητές έφταναν σε κάτι όταν συγκόλλησαν ένα κομμάτι υδρογέλης σε ένα ελαστικό, ελαστικό υλικό που ονομάζεται ελαστομερές. "Το πρώτο πράγμα που αναγνωρίσαμε, " είπε ο Kaltenbrunner, "είναι ότι ο δεσμός ήταν ακόμα διαφανής και τεντώσιμος. Προσπαθήσαμε πραγματικά πολλές άλλες μεθόδους πριν, αλλά αποδεικνύεται ότι μερικές φορές το πιο απλό είναι το καλύτερο. "
Εδώ είναι το πώς να το βίντεο για υδρογέλη κόλλα:
Οι επιστήμονες έβαλαν τη νέα κόλλα τους στη δοκιμή δημιουργώντας μια λωρίδα «ηλεκτρονικού δέρματος», μια ταινία υδρογέλης επάνω στην οποία κολλούν μια μπαταρία, έναν επεξεργαστή και αισθητήρες θερμοκρασίας. Θα μπορούσε να παρέχει δεδομένα σε ένα smartphone μέσω ασύρματης σύνδεσης.
Παράγουν επίσης ένα πρωτότυπο τεχνητών σπονδύλων με το οποίο χρησιμοποιήθηκε υδρογέλη για την επιδιόρθωση επιδεινούμενων δίσκων στη σπονδυλική στήλη. Με την κόλλα, οι σπόνδυλοι θα μπορούσαν να συναρμολογηθούν πολύ πιο γρήγορα από το φυσιολογικό, σύμφωνα με μια έκθεση για την έρευνα, που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Science Advances.
Ο Kaltenbrunner δήλωσε ότι βλέπει μεγάλο δυναμικό για την κόλλα ως μέρος της "μαλακής επανάστασης ρομποτικής". Θα μπορούσε, για παράδειγμα, να ενσωματωθεί σε αναβαθμίσεις στο "octobot", το πρώτο αυτόνομο, εντελώς απαλό ρομπότ που αποκαλύφθηκε από τους επιστήμονες του Χάρβαρντ πέρυσι. Σχετικά με το μέγεθος του χεριού σας, το octobot δεν έχει σκληρά ηλεκτρονικά εξαρτήματα - δεν υπάρχουν μπαταρίες ή τσιπ υπολογιστών. Αντ 'αυτού, το υπεροξείδιο του υδρογόνου αλληλεπιδρά με τις κηλίδες πλατίνας μέσα στο ρομπότ, το οποίο παράγει αέριο που φουσκώνει και κάμπτεται τα πλοκάμια του οκτάβατρου, προωθώντας το μέσα από το νερό.
Προς το παρόν, η κίνηση αυτή είναι σε μεγάλο βαθμό ανεξέλεγκτη, αλλά οι επιστήμονες ελπίζουν να είναι σε θέση να προσθέσουν αισθητήρες που θα της επιτρέψουν να ελιχτεί προς ή μακριά από ένα αντικείμενο. Εκεί θα μπορούσε να έρθει η χρήση της νέας κόλλας.
Αλλά το μέλλον του νέου τύπου επιθέματος εξακολουθεί να παίρνει μορφή. Ο Kaltenbrunner εκτιμά ότι θα μπορούσε να είναι άλλα τρία έως πέντε χρόνια πριν είναι διαθέσιμα στην αγορά. Ακόμα, αισθάνεται αρκετά αισιόδοξος.
«Δεδομένου ότι η μέθοδος μας είναι εύκολη στην αναπαραγωγή», είπε, «ελπίζουμε ότι άλλοι θα ενωθούν μαζί μας για να βρουν ακόμη περισσότερες εφαρμογές».
