Metamorf polymeer neemt 12 vormen aan

Robotica

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 04/11/2025

Het is een eenvoudige structuur, maar door de linten te manipuleren verandert het polymeervel in een mechanisch metamateriaal. [Afbeelding: Yaoye Hong et al. - 10.1038/s41563-025-02370-z]

Polymeer met superkrachten

Het aannemen van meer dan een dozijn verschillende gebogen en driedimensionale vormen, door simpelweg de oorspronkelijke structuur samen te drukken of te draaien, zou al een superkracht zijn die elk polymeer wenst.

Maar dit nieuwe metamorfe polymeer heeft ook het voordeel dat de vormveranderingen op afstand kunnen worden aangestuurd door middel van een magnetisch veld. Hierdoor kan de structuur voor uiteenlopende toepassingen worden gebruikt.

Nog steeds zonder de superheldencape, wordt het materiaal gemaakt door een plaat polymeer in een parallellogramvorm te snijden, vergelijkbaar met een diamant. Vervolgens wordt deze plaat nog eens ingesneden, waardoor parallelle lijnen in het midden van elke plaat ontstaan. Zo ontstaat een rij identieke stroken, verbonden door een massieve strook materiaal aan de boven- en onderkant van de plaat.

Wanneer de linker- en rechteruiteinden van de massieve stroken aan de boven- en onderkant met elkaar verbonden zijn, krijgt de polymeerplaat een vrijwel bolvormige, driedimensionale vorm, vergelijkbaar met een Chinese lantaarn. Daar ontleent het polymeer zijn superkrachten aan.

"Deze basisvorm is op zichzelf bistabiel", legt Jie Yin van de North Carolina State University in de VS uit. "Met andere woorden, hij heeft twee stabiele vormen. Hij is natuurlijk stabiel in zijn lantaarnvorm. Maar als je de structuur comprimeert, van boven naar beneden duwt, zal hij langzaam vervormen tot hij een kritiek punt bereikt, waarop hij in een tweede stabiele vorm breekt die op een tol lijkt. In de tolvorm heeft de structuur alle energie opgeslagen die je hebt gebruikt om hem samen te drukken. Dus wanneer je de structuur omhoog trekt, zal hij een punt bereiken waarop al die energie in één keer vrijkomt, waardoor hij heel snel terugkeert naar de lantaarnvorm."

Demonstraties van toepassingen van metamorfe superpolymeren. [Afbeelding: Yaoye Hong et al. - 10.1038/s41563-025-02370-z]

Metamorf

Maar het zijn niet alleen lantaarns en tollen. Door de stroken te draaien of te vouwen, zowel aan de boven- als onderkant, inclusief combinaties van deze manipulaties, wordt het mogelijk om een ​​reeks andere vormen te creëren, elk met zijn eigen stabiele "vergrendelingspunten".

"Elk van deze variaties is ook multistabiel. Sommige kunnen wisselen tussen twee stabiele toestanden. Eén ervan heeft vier stabiele toestanden, afhankelijk van of je de structuur comprimeert, verdraait, of de structuur tegelijkertijd comprimeert en verdraait," voegde Yin eraan toe.

Uiteindelijk kwam de onderzoeker op het idee om magnetische films aan de stroken te bevestigen, waardoor het mogelijk werd om de structuren op afstand samen te drukken of te draaien met behulp van een extern magnetisch veld.

Het team demonstreerde verschillende toepassingsmogelijkheden, ontwikkeld door de koppeling van twee stabiele vormen te onderzoeken. De eerste is een zachte, precieze en delicate robotgrijper, zozeer zelfs dat deze werd getest door vissen in een aquarium te grijpen. Een andere is een kraan die open en dicht gaat om de waterstroom te regelen. Ten slotte zet een compacte vorm zich snel uit tot een hoge vorm, waarbij een ingestorte pijp wordt geopend.

"In de toekomst zouden deze zaklampunits kunnen worden geassembleerd tot 2D- en 3D-architecturen voor een breed scala aan toepassingen, zoals vormveranderende mechanische metamaterialen en robotica", aldus Yin. "We gaan dat onderzoeken."

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen