استفاده از هنر قدیمی ژاپنی برای طراحی مواد پیشرفته نانویی

محققان دانشگاه فناوری و کشاورزی توکیو (TUAT)گزینه‌های جدیدی برای ساخت مواد نرم و انعطاف‌پذیر به نام هیدروژل ارائه کردند. آن‌ها با استفاده از فناوری نوظهوری به نام هیدروژل کریگامی، ساختاری با قابلیت متورم شدن ساختند.

هیدروژل‌ها دارای شبکه‌ای از مولکول‌های جاذب آب (آبدوست) هستند که به ساختار آن‌ها اجازه می دهند در هنگام قرار گرفتن در معرض آب به میزان قابل توجهی متورم شوند. آب در میان شبکه مولکولی آن‌ها قرار می‌گیرد. دو محقق به نام‌های دایسوک ناکاگاوا و ایتو هاناساکی، کار خود را با یک فیلم خشک از جنس نانوالیاف سلولزی آغاز کردند که ماده طبیعی بسیاری از گیاهان بوده و در دیواره سلولی گیاهی یافت می‌شود.

آن‌ها از پردازش لیزر برای برش این سازه‌ها استفاده کردند و سپس آب به این فیلم‌ها اضافه شد تا متورم شوند. طراحی ویژه این الگوهای کریگامی موجب می‌شود تا آن‌ها با قرار گرفتن در معرض آب تغییر شکل دهند، به طوری که هنگام کشش در جهت طولی، که به آن خاصیت اکستیک یا پادکشسان گفته می‌شود، عرض ساختار نیز افزایش می‌یابد. این خاصیت اکستیک موجب می‌شود که ضخامت ساختار مورد نظر با قرار گرفتن در معرض آب، افزایش یابد.

ایتو هاناساکی می‌گوید: « از نظر لغوی کریگامی به معنای طراحی با کمک برش زدن کاغذها است. ساختار دو بعدی که ما ارائه کردیم با کمک کریگامی ایجاد شده و در صورت وجود آب در محیط، آن را جذب کرده و به صورت سه بعدی متورم می‌شود. بسیار مهم است که این ساختار پیش از استفاده، خشک نگه داشته شود. این هیدروژل به گونه‌ای طراحی شده که بعد از جذب آب ساختار جدید به وجود آمده را می‌پذیرد. این ویژگی برای طراحی هوشمند مواد مهم هستند.»

از این فناوری می‌توان برای ساخت قطعات روباتیک نرم استفاده کرد که به طراحان اجازه می‌دهد تا ساختاری پاسخگو و منعطف ایجاد نمایند که قادر به تعامل با اجسام پیرامون باشد.

این هیدروژل‌ها همچنین برای کاربردهای پزشکی، از جمله مهندسی بافت، پانسمان زخم و سیستم‌های تحویل دارو مناسب هستند.