Лаборатория профессора химии Chenfeng Ke из колледжа Dartmouth применила 3д печать для создания умного материала, способного поднимать веса в 15 раз превышающие собственный. Суть метода заключается в повороте механически взаимосвязанных молекул, называемых ротаксанами, в наномасштабах.

Ротаксаны — гантелеобразные молекулы, которые могут преобразовывать энергию в движение. Иногда их зовут «наномашинами» из-за способности выполнять различные задачи в ответ на раздражители. Однако заставить их работать не так то просто. Так как группы ротаксанов могут состоять из миллиардов случайно ориентированных индивидуумов, «движение» происходит во всех направлениях одновременно, что сводит на нет все усилия. Чтобы извлечь максимальную пользу из материала, ученым необходимо было придумать способ управления ориентацией и синхронизацией всех молекул. Похоже, что эксперт по химии из Дартмутского колледжа по имени Chenfeng Ke нашел способ сделать это с помощью 3д печати.

Ученые использовали семейство веществ, называемых полиротаксанами, которые имеют несколько колец на молекулярной оси. Исследователи обнаружили, что добавляя к ним воду, они могли бы заставить кольца крошечных молекул склеиваться, вместо того, чтобы двигаться из стороны в сторону. Это сделало материал более жестким и позволило ребятам создать сложную систему из миллиардов этих более сильных молекул, правильно ориентированных для работы.



Из молекул с кольцами, зафиксированных в положении бок о бок, лаборатория смогла напечатать полимерную смесь, которая после фотоотверждения стала целостной и механически стабильной. Сотрудники обнаружили, что это напечатанное вещество с кубической молекулярной решеткой улучшило способность к деформации. Используя растворитель для изменения кольцевой структуры полиротаксанов, исследователи смогли легко контролировать движение материала.

Результаты проверки механических функции оказались более чем впечатляющими. По словам ученых, небольшой куб из этого умного материала смог поднять монету весом в 15 раз превышающим собственный. «Добавляя сжатие и скручивание к восходящему движению, молекулярные машины можно использовать в качестве мягких роботов, выполняющих сложные задачи, подобные тем, что может сделать человеческая рука».