Jest to o tyle niezwykłe, że każdą z tych cech osobno naukowcy potrafili wytworzyć i wykorzystać, ale po raz pierwszy udało się połączyć je w jednym materiale. Hydrożel może być drukowany w drukarce 3D w przeróżnych kształtach, umożliwiając w przyszłości tworzenie np. implantów zastawki serca, chrząstek czy dysku rdzeniowego. Technologia może być również wykorzystana do stworzenia delikatnych, miękkich robotów, które byłyby zapewne bardziej realistyczne i przy okazji bardziej przerażające niż te znane dzisiaj.

Trening dla siły

Chociaż zastosowane rozwiązanie brzmi dość banalnie, bo wystarczyło "dać wycisk" sztucznym mięśniom na siłowni, jaką dla rozciąganego hydrożyelu była woda, to oczywiście proces i zastosowana technologia są znacznie bardziej skomplikowane. Tego typu trening wyrównuje nanowłókna wewnątrz hydrożelu i produkuje silny, miękki i nawodniony materiał, który jest odporny na zmęczenie przez tysiące powtarzalnych ruchów.

Jak z wieloma wynalazkami bywa – odkrycie było dziełem przypadku. Wyprodukowanie sztucznego mięśnia na wzór ludzkiego z wszystkimi jego właściwościami pierwotnie nie było celem naukowców, ponieważ początkowo cyklicznie testowali oni maksymalne obciążenie mechaniczne, jakie jest w stanie znieść hydrożel, zanim dojdzie do jego zepsucia. Ku ich zdziwieniu, ten powtarzany trening nie zrobił żadnych szkód, a jedynie tak naprawdę wzmacniał materiał w postaci hydrożelu.

© INSTOM

Przed treningiem nanowłókna, które tworzą hydrożel, są położone losowo. Podczas treningu stają się uporządkowane w podobny sposób, jak ludzkie mięśnie podczas powtarzalnych ruchów i ćwiczeń, przez co są silniejsze i bardziej odporne na zmęczenie. Kombinacja wspomnianych czterech głównych właściwości pojawiła się po jakimś tysiącu rozciągnięć, a niektóre z hydrożeli zostały rozciągnięte nawet 30 tysięcy razy bez żadnej szkody. Wytrzymałość na rozciąganie takiego "wytrenowanego" hydrożelu wzrosła o 4,3 razy w stosunku do zupełnie nierozciąganego, a jednocześnie pozostał on delikatny, elastyczny i zawiera 84% wody.

Sekret wytrzymałości

Naukowcy zaintrygowani niespodziewaną wytrzymałością wyprodukowanego przez siebie hydrożelu postanowili zrobić na nim pionowe nacięcie i spowodować pęknięcie lub całkowite zniszczenie materiału. W ten sposób okazało się, że za tak dużą odporność na zmęczenie odpowiedzialne jest zjawisko nazywane "przypinaniem pęknięć". W amorficznym hydrożelu, gdzie łańcuch polimerów jest losowo ustawiony, wystarczy niewielka ilość energii, by uszkodzenie rozprzestrzeniło się po nim. Jednak w przypadku wyrównanych włókien hydrożelu pionowe pęknięcie jest "przypięte" w miejscu, co zapobiega jego wydłużeniu, gdyż potrzeba dużo więcej energii, by złamać wyrównane włókna jedno za drugim.

Źródło: MIT