Vật liệu có khả năng tự biến hình theo lập trình có thể giúp tạo ra các thiết bị y tế cấy ghép có khả năng tự triển khai bên trong cơ thể với tốc độ tuỳ ý.

Bạn đang xem: Vật liệu biến hình là gì

Khả năng tự biến hình đem lại cho vật liệu này nhiều khả năng ứng dụng mới cũng như mở rộng hỗ trợ các ứng dụng đã có. “Đây là một cơ chế rất bình thường ở các sinh vật sống. Chim tiến hoá mọc ra cánh để có thể bay được.” theo nhà nghiên cứu Sergei Sheiko, một nhà khoa học về vật liệu tại Đại học North Carolina.

Các nhà khoa học đã phát triển nhiều loại vật liệu có khả năng thay đổi cấu trúc trong các năm qua, nhưng chúng thường cần có một tác động bên ngoài để kích thích quá trình biến đổi hình dạng như ánh sáng, nhiệt độ, điện tích hay độ axit.

Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp các chuyên gia muốn có các thiết bị có thể thay đổi hình dáng mà không cần kích thích bên ngoài nhằm duy trì trạng thái ổn định của môi trường. Ví dụ, “cơ thể người tốn nhiều năng lượng nhằm duy trì thân nhiệt và tính kiềm,” theo Sheiko trả lời báo Live Science.


*

Vật liệu có khả năng tự biến hình theo lập trình có thể giúp tạo ra các thiết bị y tế cấy ghép có khả năng tự triển khai bên trong cơ thể với tốc độ tuỳ ý.

Ảnh: Thí nghiệm với vật liệu tự biến hình (xem video dưới)


Ông và các đồng nghiệp đã phát triển thành công loại vật liệu có thể tự biến hình theo thời gian. “Nó giống như một máy pha cafe hay máy giặt - bạn hẹn giờ và nó tự chạy.”

Vật liệu này sở hữu hai mạng lưới liên kết hoá học, có các tác động ngược nhau. Một mạng lưới rất dẻo dai, đóng vai trò cốt lõi của quá trình biến hình, còn mạng lưới còn lại có thể uốn cong quyết định tốc độ thay đổi hình dạng của vật liệu. Bằng cách cân bằng tỉ lệ giữa hai mạng lưới liên kết hoá học này, các nhà nghiên cứu có thể lập trình tốc độ biến hình từ vài giây đến vài giờ.

Trong thí nghiệm, các nhà khoa học có thể tạo ra một bông hoa nhân tạo có cánh nở ra từng cái một. “Mục đích của công trình này là cho phép vật liệu tổng hợp có chức năng và thuộc tính của các tế bào sống.” theo Sheiko. Nhiệt độ có thể làm cho quá trình này nhanh hay chậm hơn. “Đây là một cách khác để kiểm soát quá trình và có thể hữu ích cho một số ứng dụng.”



Trong thí nghiệm, các nhà khoa học có thể tạo ra một bông hoa nhân tạo có cánh nở ra từng cái một. “Mục đích của công trình này là cho phép vật liệu tổng hợp có chức năng và thuộc tính của các tế bào sống.”


Vật liệu biến hình có thể thay đổi hình dạng theo thời gian có thể kích thích sự phát triển của các thiết bị y tế cấy ghép được lập trình để tự triển khai sau khi được cấy. Hình dáng ban đầu của thiết bị cho phép cấy ghép mà không cần phẫu thuật phức tạp và thiết bị sẽ tự thay đổi hình dạng để có được chức năng mong muốn.

Xem thêm: Hướng Dẫn Ốp Gạch - Hướng Dẫn Cách Dán Gạch Ốp Tường Đúng Cách

Các nghiên cứu trong tương lai có thể sẽ khám phá ra cách hẹn giờ. Theo Sheiko, “việc lập trình để vật liệu có thể biến đổi thành nhiều hình dạng theo chuỗi cũng là một thử thách.”


Tìm hiểu về ceramic/gốm, vật liệu cứng gấp 4 lần thép sử dụng trong sản xuất Apple Watch

(Dân trí) - Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học bang Washington đã chế tạo được vật liệu thông minh đa chức năng, có thể thay đổi hình dạng trước tác động của nhiệt hoặc ánh sáng, cũng như tự uốn và duỗi ra.


*
Một loại vật liệu mới thông minh phản ứng với ánh sáng , có thể uốn và duỗi ra, ghi nhớ và tự khôi phục

Đây là lần đầu tiên một vật liệu có thể được tích hợp nhiều tính năng thông minh bao gồm khả năng nhớ hình, chuyển động được kích hoạt bởi ánh sáng và tự khôi phục.

Bổ sung đa tính năng

Vật liệu thông minh có thể phản ứng với kích thích bên ngoài như ánh sáng hoặc nhiệt, là tính năng mới thú vị và có vẻ kỳ lạ khi chúng tự uốn và duỗi ra một cách huyền bí. Vật liệu thông minh có nhiều ứng dụng như trong thiết bị truyền động, hệ thống phân phối thuốc và các thiết bị tự lắp ráp. Ví dụ, vật liệu này thay đổi hình dạng để trải tấm pin mặt trời trên vệ tinh không gian mà không cần thiết bị cơ khí chạy bằng pin.

Tuy nhiên, vật liệu thông minh không được sử dụng phổ biến vì khó chế tạo và nó thường chỉ thực hiện được một chức năng trong khoảng thời gian nhất định. Các nhà khoa học cũng đã cố gắng tái xử lý vật liệu để duy trì liên tục các tính chất đặc biệt của nó. Kết quả là nhóm nghiên cứu tại tại trường Đại học bang Washington đã phát triển được vật liệu cho phép thực hiện cùng lúc nhiều chức năng.

Uốn và duỗi ra, ghi nhớ và khôi phục

Các nhà khoa học đã nghiên cứu một lớp phân tử chuỗi dài gọi là mạng tinh thể lỏng (LCNs) sắp xếp theo một hướng và cung cấp cho vật liệu những tính chất duy nhất. Nhóm nghiên cứu đã tận dụng cách thức vật liệu biến đổi trước tác động của nhiệt để tạo nên hành vi thay đổi hình dạng 3 chiều. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu còn bổ sung một nhóm phân tử phản ứng với ánh sáng phân cực và sử dụng các liên kết động để cải thiện khả năng tái chế của vật liệu.

Vật liệu thông minh phản ứng với ánh sáng, có thể nhớ hình dạng của nó khi uốn và duỗi ra và còn có khả năng tự khôi phục khi bị hỏng. Ví dụ, vết xước trên vật liệu do lưỡi dao cạo được xử lý bằng ánh sáng cực tím. Các chuyển động của vật liệu có thể được lập trình trước và các tính chất của vật liệu cũng dễ điều chỉnh.

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge đã sử dụng cơ sở vật chất tại Trung tâm Khoa học vật liệu Nanophase để nghiên cứu các cơ chế tạo nên những tính năng đặc biệt của vật liệu thông minh.