Zhenan Bao cùng các cộng sự mới đây đã phát triển thành công một loại polymer có khả năng ghi nhớ hình dạng có khả năng nâng các vật nặng hơn trọng lượng của nó tới 5.000 lần.

Polymer ghi nhớ hình dạng là vật liệu có thể kéo căng hoặc biến dạng, chỉ trở về hình dáng ban đầu dưới tác động nhiệt. Những vật liệu như vậy có nhiều ứng dụng trong ngành robot học nhưng trước đây, chúng không thể lưu trữ đủ năng lượng để thực hiện hoạt động hữu ích.

Các nhà nghiên cứu tạo ra vật liệu bằng cách kết hợp bộ khung polypropylene glycol với methylene bisphenylurea. Khi kéo giãn, liên kết hydro hình thành giữa những chuỗi của vật liệu mới, cho phép nó duy trì hình dáng biến dạng. Khi bị đốt nóng tới 70 độ C, liên kết đứt gãy và vật liệu trở lại hình dáng cũ.

Kết quả thí nghiệm cho thấy loại polymer mới có thể căng ra gấp 5 lần chiều dài ban đầu. Nó cũng có thể lưu trữ 17,9 joule ở dạng mở rộng và chứa nhiều năng lượng gấp 6 lần các phiên bản cũ. "Vật liệu có thể dùng để nâng vật nặng, trợ giúp người gặp khó khăn trong đi lại", Bao giải thích.

Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục thử nghiệm bằng cách chế tạo cơ bắp nhân tạo gắn vào vật liệu polymer ở cánh tay của một mannequin gỗ. Sau đó họ làm nóng vật liệu tới mức co lại, khiến mannequin tự gập cánh tay. Bao cho biết loại polymer do họ phát triển có mức giá khá rẻ, chỉ tiêu tốn 22 USD cho một kilogram.

Trước đó, các nhà khoa học Mỹ đã phát triển thành công một loại polymer nhạy nhiệt đặc biệt, có thể thay đổi hình dạng theo nhiệt độ và nâng được vật nặng gấp 1.000 lần trọng lượng của nó.

Theo Science Alert, phạm vi ứng dụng của loại vật liệu này rất rộng, từ các thiết bị y tế làm việc theo thân nhiệt, tới quần áo tự động co lại cho vừa với cơ thể và các ứng dụng cơ học.

"Điều chỉnh nhiệt độ kích hoạt chỉ là một khía cạnh", Mitch Anthamatten, một trong những nhà nghiên cứu ở đại học Rochester cho biết. "Chúng tôi sẽ thiết kế các vật liệu có khả năng lưu trữ nhiều năng lượng đàn hồi để thực hiện nhiều công việc cơ khí hơn trong quá trình trở lại hình dạng ban đầu".

Hiện thiết kế của một mạng lưới polymer có thể lưu trữ đủ năng lượng đàn hồi để nâng được một lon soda, chỉ cần một đoạn vật liệu bằng sợi dây giày.

"Loại vật liệu mới này của chúng tôi giống như một dây cao su có thể giữ nguyên hình dạng sau khi bị kéo giãn", Anthamatten nói. "Nhưng chỉ cần một cái chạm nhẹ bằng ngón tay là nó trở về hình dạng ban đầu. Hầu hết các ứng dụng của polymer ghi nhớ hình dạng hiện nay đều yêu cầu vật liệu phải tác động lên môi trường xung quanh, nhưng rất hiếm nghiên cứu đo đạc cụ thể năng lượng cơ học mà polymer nhớ hình dạng có thể sinh ra".

Nó có thể được lập trình để giữ một hình dạng tạm thời nào đó, trước khi các kích thích nhiệt đưa nó về hình dạng ban đầu. Các nhà phát minh coi đây là một loại "nhựa có não và cơ bắp" – cách nó kiểm soát quá trình kết tinh xảy ra khi được làm lạnh hoặc kéo giãn.

Khi vật liệu thông thường bị biến dạng, các chuỗi polymer được kéo dài tại chỗ để tạo thành các vi tinh thể, và các vùng polymer nhỏ được sắp xếp thẳng theo cùng một hướng. Khi số lượng vi tinh thể tăng lên, hình dạng mới trở nên bền vững hơn. Do đó, nhựa thông thường khó lấy lại hình dáng cũ sau khi bị biến dạng.

Bằng cách sử dụng các lớp lót phân tử ức chế (không làm dừng hẳn) quá trình tinh thể hóa này, các nhà nghiên cứu có thể thiết lập một "điểm nóng chảy" mà tại đó sự thay đổi hình dạng được kích hoạt. Nhóm điều chỉnh số lượng và loại lót được sử dụng, cũng như thử nghiệm các mô hình phân phối của họ thông qua các polymer, để đạt được kết quả cuối cùng. Nghiên cứu này được công bố hồi đầu tháng 2.

An An