Вирусный ролик помог открыть уникальные свойства гидрогеля
Вирусное видео, в котором гелевые шарики подпрыгивают и «повизгивают» в горячей сковородке, натолкнуло ученых на открытие: оказывается, гидрогели при соприкосновении с горячей поверхностью могут генерировать существенную кинетическую энергию. В один прекрасный день это может помочь ботам, изготавливаемым из подобных материалов.
Скотт Вайтукайтис из Лейденского университета в Нидерландах был вдохновлен видеороликом на YouTube, показывающим шарики водонасыщенного полиакримилидного геля, которые прыгали вверх и вниз на раскаленной сковородке, как будто та была батутом. Чтобы узнать, почему это происходит, Вайтукайтис и его коллеги вымочили бусины из гидрогеля, часто используемые в оформлении цветов, до тех пор, пока масса воды в них не составил 99%. После этого шарики были опущены в ряд емкостей, нагретых до 215 °C, чья высота варьировалась от нескольких сотен микрометров до 20 сантиметров.
Если высота падения шариков была меньше 4 см, то они начинали подпрыгивать все выше и выше, пока не достигали этой границы. Команда установила высокоскоростную камеру и увидела, что между поверхностью шара и емкости словно проходила вибрация с частотой в 2000—3000 раз в секунду. Каждый раз, когда гидрогель на долю секунды касался раскаленной поверхности, под его эластичной поверхностью образовывался пар, который тут же высвобождался вовне. Это похоже на эффект Лейденфроста, при котором жидкость в контакте с телом значительно более горячим, чем точка кипения этой жидкости, создаёт изолирующий слой пара, который предохраняет жидкость от быстрого выкипания.
Как только пар высвобождается, упругость материала приводила к тому, что шар снова подскакивал на горячей поверхности, и так 10−15 раз для каждого отскока. Подобные «микрошаблоны» прыжков гидрогеля вызваны тем, что при контакте с раскаленным днищем испаряется часть воды, что создает кинетическую энергию. Частота прыжков соответствует частоте высокого звука, который издают шарики — они действуют как своего рода рупор, заставляющий воздух вибрировать. Четыре сантиметра — это та высота, при которой энергия от нагрева компенсирует потерю энергии при ударе, по крайней мере в течение нескольких минут.
В будущем это поможет роботам, двигающимся за счет гидрогелевых компонентов, стать намного проворнее и ловчее, уверена Сюаньхэ Чжао из Лаборатории мягких активных материалов Массачусетского технологического института (MIT), в свое время построившая гидрогелевого бота, способного ловить живую рыбу.
