智能材料得到更聪明

生物开发了复杂的方法来维持稳定在变化的环境中,承受温度变化,pH值、压力,和关键分子的存在与否。类似功能的集成在人工材料,然而,仍然延用到了现在。

在7月12日出版的《自然》杂志上,哈佛牵头的团队的工程师提出了一个战略self-thermoregulating构建纳米材料,原则上,根据维护一组pH值,压力,或任何其他所需的参数满足环境变化与化学反馈补偿反应。

称为智慧(自动调整的Mechano-chemical自适应可重构可调系统),这新开发材料平台提供了一个可定制的方式自动打开和关闭化学反应的类型和繁殖生物系统中动态自供电的反馈循环。

推进代表一步甚至更聪明和高效的医疗植入物和动态的建筑,可以应对天气以提高能源效率。研究人员还认为他们的方法可以翻译成机器人等领域有很大的潜力,计算和医疗保健。

结构上,智慧就像一个微小的牙刷,刷毛能站起来或躺下,制作和打破接触一层含有化学“营养”。

“认为皮肤起鸡皮疙瘩的形式如何,”第一作者乔安娜Aizenberg解释说,艾米·史密斯Berylson材料科学教授哈佛大学工程与应用科学学院的(海洋)和核心教员在哈佛大学生物工程研究所。“天冷的时候,小肌肉在每根头发在你的手臂上导致头发站在绝缘层。皮肤温度升高,肌肉收缩和毛躺下来让你过热。智慧以类似的方式工作。”

天然材料如皮肤非常动态和可以保持控制在范围广泛的环境中通过自我调节。相比之下,合成材料无法轻易复制体内平衡。甚至“聪明”等材料在阳光下变黑眼镜,或者一个压电传感器,原声吉他的振动转换成数字音频signal-typically只对一个特定的环境刺激,不自我调节。

“通过建立动态反馈循环成智慧从下到上,我们能够将所需的监管功能集成到材料本身,”说,该研究Ximin他Aizenberg实验室的博士后研究员大海和Wyss研究所。“无论是pH值、温度、湿度、压力、或别的东西,智慧可以直接设计意识和调节所需的使用任何外部力量或复杂的机械刺激,给我们一个概念上新的健壮的平台,是可定制的,可逆的,和非常精确。”

Aizenberg,展示智慧,他和团队选择温度作为刺激和嵌入式的数组微小的纳米纤维,类似于毛发,一层水凝胶。水凝胶,类似于肌肉,而可以膨胀或收缩温度的变化。(看电影,由Ximin他和》,哈佛大学)。

当温度下降时,凝胶膨胀,毛发直立和接触“营养”层;温度升高时,凝胶合同,毛躺下。关键在于分子催化剂放在纳米纤维的方法会引起发热的化学反应在“营养”层。