Il raggiungimento dell’ idrogel multifunzionale che cambia forma con proprietà sinergiche e di ingegneria dei materiali, è altamente desiderabile per le sue applicazioni in espansione, ma rimane una sfida continua. Scienziati in Australia, hanno ora scoperto e creato un nuovo materiale gelatinoso che secondo loro ha la forza e la durata della pelle, dei legamenti o persino delle ossa.
“Abbiamo progettato l’idrogel, che può ripararsi dopo che si è rotto come la pelle umana“, ha spiegato il chimico Luke Connal della National University of Australia.
“Gli idrogel sono generalmente deboli, ma il nostro materiale è così forte che potrebbe facilmente sollevare oggetti molto pesanti e può cambiare forma come fanno i muscoli umani“.
Avere un materiale morbido con proprietà così straordinarie potrebbe essere enorme per lo sviluppo della robotica e dei dispositivi biomedici di prossima generazione.
La creazione di un idrogel che cambia forma e ha molteplici funzioni ha dimostrato di essere una sfida continua per gli scienziati, anche con l’ispirazione naturale delle meduse e delle trappole per le mosche.
Mentre alcuni idrogel possono resistere a stress meccanici, altri hanno proprietà autorigeneranti e altri hanno la capacità di memorizzare forme o cambiare colore. Per quanto ne sanno i ricercatori ANU, nessun altro è stato in grado di incorporare tutte queste funzioni in un gel. Almeno, non alla velocità e all’efficienza che hanno raggiunto.
Sottoponendo il loro materiale a più test, gli autori affermano di aver creato il primo idrogel dinamico che è forte, resistente alla fatica, autorigenerante e capace di cambiare forma e “ricordarlo” in seguito.
“I vantaggi dell’utilizzo di un idrogel multifunzionale di questo tipo sono ulteriormente dimostrati dalla capacità di sollevare oggetti pesanti in modo reversibile e ripetibile con la stimolazione termica”.
Utilizzando questo materiale, i ricercatori hanno realizzato film estremamente sottili di “pelle” senza alcuna rottura. Quando questi film sono stati riscaldati o raffreddati, sono cambiati in forme diverse, raddoppiando in un modo o nell’altro prima di tornare al loro stato originale insieme alla temperatura.
A differenza di molti altri idrogel, che a volte possono richiedere 10 minuti o più per cambiare forma, gli autori affermano che il loro gel impiega solo 10 secondi per piegarsi. Dicono che la chiave sono i legami dinamici dell’idrogeno del gel ed i legami dinamici delle imine (carbonio-azoto), che lavorano insieme per formare “proprietà senza precedenti”.
I legami dinamici hanno un’elevata risposta agli stimoli, che li rende perfetti per l’adattamento ambientale e l’autoriparazione, e in particolare i legami di imine hanno una cinetica di reazione rapida che può consentire una rapida autorigenerazione.
Gli autori affermano, inoltre, che questi materiali possono essere facilmente preparati usando una semplice chimica e se altri polimeri vengono aggiunti alla miscela molecolare, forse si possono ottenere anche più funzioni. Se la temperatura viene utilizzata in qualche modo come controllo, gli autori pensano che questo gel potrebbe un giorno muoversi come un muscolo artificiale.
“Prevediamo che i ricercatori che lavorano alla prossima generazione di soft robot saranno interessati ed entusiasti del nostro nuovo modo di produrre idrogel”.
Nel frattempo, il team, spiega su Advanced Materials, che spera di trasformare il suo idrogel in un inchiostro stampabile in 3D.