😲 پلیمرِ جادویی که رُبات‌ها و بدن‌ انسان رو متحول می‌کنه!

پلیمر خارق‌العاده‌ای که از نو شکل می‌گیره!

یه گروه از محققان موفق شدن یه پلیمر تازه بسازن که می‌تونه مسیر ساخت مواد نرم رو در آینده عوض کنه. این پلیمر از یه ماده به اسم الاستومر کریستال مایع (LCE) تهیه شده، که یه جور ماده‌ی نرم و لاستیک‌ماننده، و با نیروهای بیرونی مثل نور یا گرما تحریک می‌شه. این پلیمر انقدر همه فن حریفه که می‌تونه تو جهت‌های مختلفی حرکت کنه. رفتارش، که یادآور حرکات جانداران در طبیعته، شامل چرخیدن، کج شدن به چپ و راست، و جمع و باز شدن میشه. زیائووآنگ وانگ، که تو این تحقیق نقش داشته و استاد مهندسی شیمی و بیومولکولی در دانشگاه ایالت اوهایو هست، می‌گه: “کریستال‌های مایع موادی هستن که ویژگی‌ها و خصوصیات خیلی خاصی دارن که مواد معمولی معمولاً نمی‌تونن بهشون برسن.” و اضافه می‌کنه: “کار کردن با این مواد خیلی هیجان‌انگیزه!”

چشم‌اندازهای جذابِ پلیمر جدید

قابلیت تغییر شکل این پلیمر جدید می‌تونه از اون برای ساخت ربات‌های نرم، عضلات مصنوعی و دستگاه‌های پیشرفته‌ی دیگه تو پزشکی و حوزه‌های دیگه استفاده بشه. امروزه، کریستال‌های مایع بیشتر تو تلویزیون‌ها و نمایشگرهای تلفن همراه استفاده می‌شن، اما این مواد معمولاً بعد از یه مدت خراب می‌شن. با این حال، با پیشرفت LEDها، خیلی از محققان دارن روی پیدا کردن کاربردهای نو برای کریستال‌های مایع کار می‌کنن.

ویژگی‌های منحصربه‌فرد این پلیمر

برخلاف مواد معمولی که فقط می‌تونن تو یه جهت خم بشن یا برای شکل‌های پیچیده به چند تا قطعه نیاز دارن، پلیمر این گروه یه تک‌قطعه‌ست که می‌تونه تو دو جهت بچرخه. این قابلیت به نحوه قرار گرفتن ماده در معرض تغییرات دما مربوطه، چیزی که به کنترل فازهای مولکولی پلیمر کمک می‌کنه. وانگ می‌گه: “کریستال‌های مایع یه نظم جهتی دارن، یعنی می‌تونن خودشون رو هم‌راستا کنن.” و ادامه می‌ده: “وقتی LCE رو گرم می‌کنیم، وارد فازهای مختلفی می‌شن که باعث تغییر تو ساختار و خواصشون می‌شه.”

این یعنی مولکول‌ها، که ریزترین اجزای تشکیل‌دهنده ماده هستن و قبلاً سر جای خودشون ثابت بودن، می‌تونن طوری دوباره مرتب بشن که انعطاف‌پذیری خیلی بیشتری فراهم کنن.

گام‌های رو به جلوی علم مواد

این ویژگی ممکنه تولید این ماده رو آسون‌تر کنه، به گفته‌ی وانگ. این تحقیق به تازگی تو مجله‌ی “ساینس” منتشر شده. اگه بشه این پلیمر رو تو مقیاس بزرگ تولید کرد، می‌تونه به پیشرفت حوزه‌های زیادی از علم و فناوری کمک کنه، از جمله سیستم‌های تحویل داروی کنترل‌شده، دستگاه‌های بیوسنسور و به عنوان یه کمکی در حرکات پیچیده برای ربات‌های نرم نسل بعد.

یکی از مهم‌ترین یافته‌های این تحقیق، سه مرحله‌ای هست که ماده موقع تغییر دما طی می‌کنه، به گفته‌ی آلن ویبل، که اون هم توی این تحقیق نقش داشته و دانشجوی دکتری مهندسی شیمی و بیومولکولی در دانشگاه ایالت اوهایو هست. تو طول این مراحل، مولکول‌ها جابجا می‌شن و خود به خود شکل‌های مختلفی به خودشون می‌گیرن. وی اضافه می‌کنه: “این مراحل یکی از عوامل کلیدیه که ما روش کار کردیم تا ماده بتونه قابلیت تغییر شکل دوطرفه داشته باشه.”

از نظر اندازه هم، این تحقیق نشون می‌ده که ماده می‌تونه به راحتی بزرگ یا کوچک بشه تا تقریباً با هر نیازی سازگار بشه. وانگ می‌گه: “تحقیق ما یه راه جدید به روی آدما باز می‌کنه که ساخت مواد چندمرحله‌ای دیگه رو شروع کنن.”

محققان اشاره می‌کنن که با پیشرفت‌های محاسباتی در آینده، پلیمرشون می‌تونه در نهایت به ابزاری مفید برای مدیریت موقعیت‌های حساس تبدیل بشه، مثل طراحی دقیق عضلات و مفصل‌های مصنوعی یا بهبود نانوربات‌های نرم که برای جراحی‌های پیچیده مورد نیاز هستن. ویبل می‌گه: “تو چند سال آینده، ما قصد داریم کاربردهای جدیدی رو توسعه بدیم و امیدواریم وارد حوزه پزشکی زیستی بشیم. بر اساس این نتایج، هنوز چیزای زیادی هست که باید کشف بشه.”

این تحقیق با حمایت مالی وزارت انرژی و مرکز تحقیقات مواد و مهندسی دانشگاه هاروارد انجام شده. اسامی بقیه محققین هم ایناست: یوشینگ یاو، شوقونگ لی، آتالایا میلان ویلبورن، فریدریش استرکر، جوانا آیزنبرگ، باپتیست لمیر، رابرت کی. آ. بنت، تونگ چون چونگ و آلیسون گرینتال از دانشگاه هاروارد؛ فوتینی تریگا و مایکل ام. لِرچ از دانشگاه گرونینگن؛ گیوم فریشت، میخائیل ژرنینکوف و پاتریک واسیک از آزمایشگاه ملی بروکهاون؛ و بوریس کازینسکی از بخش تحقیقاتی بوش.