אלסטומרים של גביש נוזלי מייצרים בד מורפינג - עולם הפיזיקה

אלסטומרים של גביש נוזלי מייצרים בד מורפינג - עולם הפיזיקה

חותמת זמן: 14 בדצמבר, 2023 12:00

פוטטו של פיסת בד העשויה מסיב אלסטומר קריסטל נוזלי שיכול לשנות את צורתו בתגובה לגירויים תרמיים. הבד אפור ושתי ידיים מותחות אותו
חוקרים מ-MIT ומאוניברסיטת Northeastern פיתחו סיב אלסטומר גביש נוזלי שיכול לשנות את צורתו בתגובה לגירויים תרמיים. הסיבים, התואמים באופן מלא למכונות ייצור טקסטיל קיימות, יכולים לשמש לייצור טקסטיל מתחדש, כמו מעיל שהופך למבודד יותר כדי לשמור על הלובש חם כשהטמפרטורות יורדות. (באדיבות: ג'יי פורמן ואח')

סוג חדש של סיבים משנה באופן הפיך את צורתו בתגובה לטמפרטורה וניתן לסובב אותו לחוטים ליצירת בגדים שלמים. יישומים פוטנציאליים לטכנולוגיה כוללים בגדי דחיסה להתאוששות לאחר ניתוח, פנים אדריכליים אדפטיביים ואפילו ביגוד ש"מחבק" את הלובש שלו בהפעלה.

הסיב החדש פותח על ידי חוקרים במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) ובאוניברסיטת Northeastern, ארה"ב, והוא תואם לטכניקות ייצור טקסטיל סטנדרטיות, כולל מכונות תפירה/סריגה תעשייתיות ולא תעשייתיות ונולים. בניגוד לסיבים המשנים צורה הנוכחית, ניתן לשלב אותו עם חוט מוליך שמתחמם כאשר מופעל עליו זרם חשמלי.

בראשותו של ג'ק פורמן, סטודנט לדוקטורט ב המרכז של MIT לביטים ואטומים וקבוצת מדיה מוחשית, הצוות יצר את הסיב על ידי סינתזה של אלסטומר גביש נוזלי (LCE) בתגובת "קליק" דו-שלבית, סיר אחד, תיול-אקרילט/אן. למרות שמולקולות בגבישים נוזליים זורמות כמו נוזל, הן יכולות גם להיערם לסידור גבישים תקופתי. בחומר הנלמד בעבודה זו, מולקולות בגביש הופכות לא נכון כאשר הסיבים מחוממים. חוסר יישור זה מושך את רשת האלסטומר יחד וגורם לחומר להתכווץ. לאחר הסרת החום, הסיב חוזר לאורכו המקורי.

במסגרת קורס לתואר שני (MAS.865 יצירת אב טיפוס מהירה של מכונות יצירת אב טיפוס מהירה: איך לעשות משהו שמייצר (כמעט) כל דבר), פורמן גם פיתח ובנה מכונה שיכולה לסובב את הסיב לחוט מתמשך. המכונה מחממת את שרף LCE וסוחטת אותו לאט דרך פיה. כאשר הסיבים משתחררים, הוא מתרפא באור UV. בשלב הסופי, הסיב מצופה בסרט חלקלק ונרפא שוב. התוצאה היא סיב חזק וחלק שנאסף לאחר מכן לבריכה עליונה וטבול באבקה כך שיוכל לעבור בקלות למכונות לייצור טקסטיל.

תהליך הסינתזה והספינינג המלאים נמשכים כ-24 שעות מתחילתו ועד סופו, והוא מייצר סיב מוכן לשימוש באורך של כקילומטר. אבל פורמן מודה שפיתוח זה לא היה פשוט הפלגה. "מכיוון שהשרף והמכונה שניהם יוצרו בבית, היה לנו כל כך הרבה יותר חופש אבל גם היקף גדול יותר של בעיות לנפות באגים", הוא אומר עולם הפיזיקה. "לפעמים אי אפשר היה לדעת אם ניסוי נכשל בגלל שהמכונה לא התנהגה בצורה לא נכונה או החומר. היה צורך לנפות באגים בשניהם, מכיוון שלא היה מקום לחיבורי חשמל פגומים או לחוסר דיוק במהלך הסינתזה".

ניתן לסרוג, לארוג ולרקום סיבים

כמו גם פירוט מלא של תהליך הייצור ב UIST '23: הליכים של סימפוזיון ACM השנתי ה-36 על תוכנה וטכנולוגיה של ממשק משתמש, החוקרים הפכו את העיצוב של מכונת הספינינג המותאמת אישית שלהם לקוד פתוח. בטווח הארוך, הם מקווים שהסיבים יהפכו למשהו שאנשים יכולים לקנות בקלות, ממש כמו כדור חוט. "אפשר לדמיין עולם שבו בדים מסתגלים העשויים מסיבים כאלה הם חלק מחיי היומיום", אומר פורמן.

עד כה, הצוות השתמש במכונת סריגה תעשייתית לייצור מספר בגדים מהסיבים. אלה כוללים חזיית ספורט שמתהדקת כאשר הלובשת מתעמלת, וילון מורפינג שקט ומנורה הפורחת כשהיא דולקת.

"הכנו גם סוודר לכלבה שלי, כך שכשהיא נובחת במשרד שלי, אני לוחץ על כפתור בטלפון שלי והוא מתכווץ סביבה בעדינות כדי לתת לה את התחושה של חיבוק", מוסיפה פורמן.

השלב הבא, הוא אומר, יהיה הגדלת תהליך הייצור. "אנחנו בוחנים כעת מכשירים וחפצים לבישים גדולים יותר 'בגודל אנושי'. נדרשים 150 מ' של סיבים כדי ליצור זוג ג'ינס, אז זו התחלה טובה שנוכל לייצר באופן מהימן 1 ק"מ של סיבים אחר הצהריים".

חברים אחרים בצוות היו אוזגון קיליק אפסר, ניל גרשנפלד, זכרי גורדון, סדריק הונט, הירושי אישי, אקשי קוטהקונדה, רוזלי (הסין-ג'ו) לין, שרה ניסיטה ו ליו יאנג ב-MIT, כמו גם קריסטן דורסי ו מייגן הופמן at האוניברסיטה נורת'איסטרן.

בול זמן:

עוד מ עולם הפיזיקה