Новое волокно для одежды способно менять форму: как это работает
Исследователи Массачусетского технологического института разработали программируемое волокно, которое могло бы воплотить эту идею в жизнь. Волокно FibeRobo сжимается при повышении температуры и возвращается в исходное состояние при ее снижении без использования встроенных датчиков или других жестких компонентов.
Современные волокна, меняющие форму, имеют недостатки, которые не позволяют использовать их в текстиле за пределами лабораторных условий. Исследователи хотели получить волокно, которое могло бы срабатывать бесшумно и резко менять свою форму, при этом совместимое с обычными процессами производства текстиля. Для этого они использовали материал, известный как жидкокристаллический эластомер (LCE).
Жидкий кристалл состоит из молекул, которые могут течь, как жидкость, но также способны переходить в кристаллическую структуру. Исследователи соединили эти кристаллические структуры в гибкую сеть, похожую на резиновую ленту.
Когда материал нагревается, кристаллические молекулы начинают перемещаться и стягивают сетку эластомера, вызывая сжатие волокна. При охлаждении молекулы возвращаются в свои исходные позиции, а волокно возвращается к своей первоначальной длине. Регулируя состав и процесс синтеза LCE, исследователи могут контролировать свойства получаемого материала, например, его толщину или температуру, при которой он меняет форму.
Для создания волокна из LCE исследователи использовали специальную машину, которая была собрана из деталей, изготовленных на 3D-принтере с помощью лазерной резки, а также базовой электроники. Процесс изготовления волокна был разделен на несколько шагов.
Сначала плотную и вязкую смолу подогревают и медленно выдавливают через сопло, как у клеевого пистолета. При этом смолу осторожно делают твердой с помощью ультрафиолетовых лучей, освещающих обе стороны волокна.
Сложность заключается в том, что для достижения оптимального результата, необходимо настроить яркость ультрафиолетового света. Если свет слишком тусклый, материал может отделяться и капать из машины, а если он слишком яркий, возникают комки и волокна получаются неровными.
Затем полученное волокно погружают в масло, чтобы придать ему скользкость, и вновь отверждают с помощью ультрафиолетового излучения полной мощности. Это создает прочное и гладкое волокно. После этого его собирают на верхнюю катушку, и волокно покрывается порошком, чтобы оно легко скользило в машинах для производства текстиля.
Процесс создания занимает сутки и позволяет получить около километра готового волокна. Полученный материал может сжиматься до 40%, не сгибаясь, действовать при безопасных для кожи температурах и производиться с помощью недорогой установки по цене 20 центов за метр. Это в 60 раз дешевле, чем коммерчески доступные волокна, меняющие форму.
Дешевое волокно полностью совместимо с технологиями текстильного производства — ткацкими станками, вышивальными и промышленными вязальными машинами. Материал может производиться непрерывно километрами. Это позволит дизайнерам легко включать новые возможности в широкий спектр тканей. Волокно может использоваться в программируемом компрессионном белье, которое помогает в восстановлении после операции.
Волокна также можно объединить с проводящей нитью, которая действует как нагревательный элемент при прохождении через нее электрического тока. Таким образом, волокна будут приводиться в действие с помощью электричества, что дает пользователю возможность цифрового контроля над формой текстиля. Например, ткань может менять форму на основе показаний датчика сердечного ритма.
В будущем исследователи хотят изменить химические компоненты волокна, чтобы его можно было перерабатывать.
Между тем компания Milbotix выпустила SmartSocks — умные носки, которые подключаются к смартфону и имеют встроенный ИИ. Зачем это нужно, читайте здесь.
