ได้สร้างวัสดุตรวจจับที่สามารถรักษาตัวเองได้

วัสดุใหม่นี้สามารถนำไปใช้ทำขาเทียม รวมถึงสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้

นักวิทยาศาสตร์พยายามสร้างวัสดุที่เลียนแบบผิวหนังของมนุษย์มาหลายปีแล้ว โดยมีคุณสมบัติเหมือนกันและทำหน้าที่คล้ายกัน คุณสมบัติหลักของผิวหนังที่นักวิทยาศาสตร์พยายามสร้างขึ้นใหม่คือความไวต่อความรู้สึกและความสามารถในการรักษาตัวเอง ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ ผิวหนังของมนุษย์จึงส่งสัญญาณไปยังสมองเกี่ยวกับอุณหภูมิและแรงกดดัน และทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันต่อสิ่งระคายเคืองจากสิ่งแวดล้อม

ด้วยการทำงานอันพิถีพิถัน ทีมของศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมี Zhenan Bao จากมหาวิทยาลัย Stanford ประสบความสำเร็จในการสร้างวัสดุที่ผสมผสานคุณสมบัติทั้งสองประการนี้เข้าด้วยกันได้เป็นครั้งแรก

ในช่วงสิบปีที่ผ่านมา มีการสร้าง "ผิวหนังเทียม" ขึ้นมาหลายตัวอย่าง แต่แม้แต่ตัวอย่างที่ล้ำหน้าที่สุดก็ยังมีข้อเสียร้ายแรงมาก บางชนิดต้องใช้ความร้อนสูงในการ "รักษา" ซึ่งทำให้ไม่สามารถใช้งานได้ในชีวิตประจำวันภายในบ้าน บางชนิดสามารถฟื้นฟูได้ที่อุณหภูมิห้อง แต่ระหว่างการฟื้นฟู โครงสร้างทางกลหรือเคมีของผิวหนังจะเปลี่ยนไป ทำให้ผิวหนังเทียมสามารถทิ้งได้ แต่ที่สำคัญที่สุดคือ ไม่มีวัสดุใดเลยที่นำไฟฟ้าได้ดี

Zhenan Bao และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ก้าวไปข้างหน้าครั้งสำคัญในทิศทางนี้และได้ผสมผสานคุณสมบัติการรักษาตัวเองของโพลิเมอร์พลาสติกและการนำไฟฟ้าของโลหะไว้ในวัสดุเดียวเป็นครั้งแรก

นักวิทยาศาสตร์เริ่มต้นด้วยพลาสติกที่ประกอบด้วยโมเลกุลสายยาวที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจน ซึ่งเป็นการเชื่อมต่อที่ค่อนข้างอ่อนแอระหว่างบริเวณที่มีประจุบวกของอะตอมหนึ่งและบริเวณที่มีประจุลบของอะตอมถัดไป โครงสร้างนี้ทำให้วัสดุสามารถซ่อมแซมตัวเองได้อย่างมีประสิทธิภาพหลังจากได้รับอิทธิพลจากภายนอก โมเลกุลจะสลายตัวได้ค่อนข้างง่าย แต่เชื่อมต่อกันใหม่ในรูปแบบเดิม ผลลัพธ์ที่ได้คือวัสดุที่มีความยืดหยุ่น ซึ่งนักวิทยาศาสตร์นำมาเปรียบเทียบกับทอฟฟี่ที่ทิ้งไว้ในตู้เย็น

นักวิทยาศาสตร์ได้เติมไมโครอนุภาคของนิกเกิลลงในพอลิเมอร์ยืดหยุ่นชนิดนี้ ซึ่งทำให้วัสดุมีความแข็งแรงเชิงกลมากขึ้น นอกจากนี้ อนุภาคเหล่านี้ยังช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าอีกด้วย โดยกระแสไฟฟ้าสามารถส่งผ่านจากไมโครอนุภาคหนึ่งไปยังอีกไมโครอนุภาคหนึ่งได้อย่างง่ายดาย

ผลลัพธ์ที่ได้ตรงตามความคาดหวังทั้งหมด “พลาสติกส่วนใหญ่เป็นฉนวนที่ดี แต่เราได้ตัวนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม” เจิ้นหนาน เป่า กล่าวสรุป

จากนั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ทดสอบความสามารถในการคืนตัวของวัสดุ โดยตัดวัสดุชิ้นเล็กๆ ออกเป็นสองส่วนด้วยมีด นักวิจัยพบว่าวัสดุสามารถคืนตัวได้ 75% เท่ากับความแข็งแรงและสภาพนำไฟฟ้าเดิม ครึ่งชั่วโมงต่อมา วัสดุก็คืนตัวได้อย่างสมบูรณ์ตามคุณสมบัติเดิม

“แม้แต่ผิวหนังของมนุษย์ก็ต้องใช้เวลารักษาตัวหลายวัน ดังนั้น ผมคิดว่าเราได้ผลลัพธ์ที่ดีพอสมควรแล้ว” เบนจามิน ชี เกียน ที เพื่อนร่วมงานของเป่ากล่าว

นอกจากนี้ วัสดุใหม่ยังผ่านการทดสอบการตัด-คืนตัว 50 รอบได้สำเร็จอีกด้วย

นักวิจัยจะไม่หยุดเพียงแค่นั้น ในอนาคต พวกเขาต้องการใช้ประโยชน์จากอนุภาคนิกเกิลในวัสดุให้ดียิ่งขึ้น เนื่องจากไม่เพียงแต่ทำให้วัสดุแข็งแรงขึ้นและปรับปรุงการนำไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังลดความสามารถในการซ่อมแซมตัวเองของวัสดุอีกด้วย การใช้อนุภาคโลหะที่มีขนาดเล็กลงอาจทำให้วัสดุมีประสิทธิภาพมากขึ้น

จากการวัดความไวของวัสดุ นักวิทยาศาสตร์พบว่าวัสดุสามารถตรวจจับและตอบสนองต่อแรงกดได้เหมือนการจับมือ ดังนั้น เป่าและทีมงานจึงมั่นใจว่าสิ่งประดิษฐ์ของพวกเขาสามารถนำไปใช้กับแขนขาเทียมได้ นอกจากนี้ พวกเขายังวางแผนที่จะทำให้วัสดุมีความบางและโปร่งใสที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อให้สามารถนำไปใช้เคลือบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และหน้าจอได้

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]