Materiál inspirovaný Wolverinem. Kredit: University of California – Riverside.

Vědci mají rádi komiksové hrdiny. Někdy je dokonce milují. A superhrdinové je mohou inspirovat. Výsledek pak rozhodně stojí za to. Přesně tohle se seběhlo během výzkumu, jehož hlavní část se odehrála na Kalifornské univerzitě v Riverside. Zdejší vědci vyvinuli průhledný, automaticky regenerující (self-healing), značně roztažitelný a také vodivý materiál, z něhož je možné vyrobit elektricky poháněné umělé svaly, a který bude možné využít k vylepšení baterií, elektroniky nebo třeba robotů.

Chao Wang. Kredit: : University of California – Riverside.

Je to podle všeho poprvé, kdy někdo vytvořil iontový vodič, který je průhledný, mechanicky roztažitelný a regenerující. Takový materiál by se mohl uplatnit v mnoha různých aplikacích. Roboti by díky němu mohli mít schopnost automaticky regenerovat po mechanické poruše. Mohl by prodloužit životnost lithium-iontových baterií používaných v elektronice a v elektrických automobilech, nebo by například mohl vylepšit senzory používané v medicíně či monitoringu životního prostředí.

Průhledné a regenerující umělé svaly. Kredit: University of California – Riverside.

Podle šéfa výzkumu Chao Wanga se o takový materiál vědci snažili už dlouhé roky. Povedlo se to až teď a jsme na samotném počátku objevování jeho možných aplikací. Wang se netají tím, že ho k výzkumu regenerujících materiálů přivedla jeho celoživotní záliba ve Wolverinovi, komiksovému hrdinovi ze stáje Marvel Comics. Jak jistě každý ví, Wolverine je obdařen nejen šesti vysunovatelnými spáry, ale také mimořádně účinnou regenerací.

Wolverine. Kredit: 20th Century Fox.

Wangův spolupracovník Christoph Keplinger z Coloradské univerzity v Boulderu už před časem vyrobil umělé svaly a také průhledné reproduktory z roztažitelných a průhledných materiálů, které jsou zároveň iontovými vodiči. Žádné z těchto zařízení ale zatím nemělo schopnost regenerace po mechanickém poškození. Problém je v tom, že regenerující polymery obvykle využívají nekovalentní vazby, které bývají negativně ovlivněny elektrochemickými reakcemi. Wang a spol. to vyřešili tak, že zkombinovali polární roztažitelný polymer a sůl s velkou iontovou silou (souhrnem všech kladných i záporných iontů v roztoku). Tím vznikl materiál požadovaných vlastností a také článek v časopise Advanced Materials.

Nově vytvořený materiál je doopravdy pozoruhodný. Je levný a není těžké ho vyrobit. Je také měkký a lze ho roztáhnout až na padesátinásobek jeho původních rozměrů. Po přeříznutí během 24 hodin za pokojové teploty kompletně regeneruje. Už po pěti minutách regenerace je přitom možné ho natáhnout na dvojnásobek délky. Materiál se skládá ze tří vrstev. Horní a dolní vrstvu představuje materiál, který vede elektrický proud a je schopný regenerace, prostřední vrstva je tvořená průhlednou a nevodivou membránou. Umělé svaly Wanga a spol. reagují na elektrické signály, stejně jako přírodní svaly. A také se stejně jako ony dovedou automaticky zahojit. Nepotřebují k tomu žádný vnější impuls a jsou schopné regenerovat tak, že fungují stejně dobře, jako před poškozením. Wolverine by z nich měl jistě radost.

Video:  2016 UCR Today A Wolverine Inspired Material


Literatura
UCR Today 23. 12. 2016, Advanced Materials online 23. 12. 2016, Wikipedia (Self-healing material, Artificial muscle).