Результаты исследования опубликованы сегодня в журнале Наука.

"Это первый материал такого типа", - сказал Захария Пейдж, доцент кафедры химии и автор-корреспондент статьи. "Способность контролировать кристаллизацию и, следовательно, физические свойства материала с помощью света потенциально преобразует носимую электронику или исполнительные механизмы в мягкой робототехнике".

Ученые давно стремились имитировать свойства живых структур, таких как кожа и мышцы, с помощью синтетических материалов. В живых организмах структуры часто сочетают в себе такие качества, как прочность и гибкость, с легкостью. При использовании смеси различных синтетических материалов для имитации этих свойств материалы часто выходят из строя, разваливаясь и разрываясь на стыках между различными материалами.

Часто при соединении материалов, особенно если они обладают очень разными механическими свойствами, они хотят разделиться", - сказал Пейдж. Пейдж и его команда смогли контролировать и изменять структуру материала, похожего на пластик, используя свет, чтобы изменить, насколько твердым или эластичным будет материал.

Химики начали с мономера, маленькой молекулы, которая связывается с другими подобными ей, образуя строительные блоки для более крупных структур, называемых полимерами, которые были похожи на полимер, содержащийся в наиболее часто используемом пластике. Протестировав дюжину катализаторов, они нашли один, который при добавлении к их мономеру и освещении видимым светом приводил к получению полукристаллического полимера, подобного тем, которые содержатся в существующем синтетическом каучуке. В местах, которых касался свет, образовался более твердый материал, в то время как неосвещенные участки сохранили свои мягкие, эластичные свойства.

Поскольку вещество изготовлено из одного материала с разными свойствами, оно было прочнее и могло растягиваться дальше, чем большинство смешанных материалов.

Реакция протекает при комнатной температуре, мономер и катализатор имеются в продаже, и исследователи использовали недорогие синие светодиоды в качестве источника света в эксперименте. Реакция также занимает менее часа и сводит к минимуму использование любых опасных отходов, что делает процесс быстрым, недорогим, энергоэффективным и безвредным для окружающей среды.

Затем исследователи попытаются разработать больше объектов с использованием этого материала, чтобы продолжить тестирование его удобства использования.

"Мы с нетерпением ожидаем изучения методов применения этой химии для создания 3D-объектов, содержащих как твердые, так и мягкие компоненты", - сказал первый автор Адриан Рыльски, докторант Калифорнийского университета в Остине.

Команда предполагает, что материал может быть использован в качестве гибкой основы для крепления электронных компонентов в медицинских устройствах или носимых технологиях. В робототехнике для улучшения подвижности и долговечности желательно использовать прочные и гибкие материалы.

Генри Л. Кейтер, Келди С. Мейсон, Маршалл Дж. Аллен, Энтони Дж. Эрровуд, Бенни Д. Фриман и Габриэль Э. Саноха из Техасского университета в Остине также внесли свой вклад в исследование.

Исследование финансировалось Национальным научным фондом, Министерством энергетики США и Фондом Роберта А. Уэлча.