Ученые напечатали на 3D-принтере материал, поднимающий вес, в 15 раз больше собственного

Он работает за счет поворота механически связанных молекул-ротаксанов. Ротаксаны – это соединение молекул гантелевидной и кольцевой формы, способное превращать энергию в движение. Их также называют «наномашинами», поскольку они могут выполнять определенные задачи под воздействием внешних стимулов. Тем не менее, работать с ротаксанами непросто – некоторые группы состоят из миллиардов молекул, расставленных в случайном порядке, так что из их движения невозможно извлечь никакой пользы.

Для успешной работы с ротаксанами ученым приходится разрабатывать способы управлять их положением и синхронизировать движение. Похоже, что Ченфен Ке сумел решить эту задачу с помощью 3D-печати. В своей лаборатории он использовал полиротаксаны — конструкции с несколькими кольцами, надетыми на гантелевидную молекулу. Исследователям удалось обнаружить, что добавление воды в группу полиротаксанов заставляет кольцевые молекулы держаться в месте, а не двигаться в сторону. Тогда молекулы становятся крепче, что позволяет создавать сложные системы из миллиардов молекул, расположенных одинаково и готовых к работе.

Из полученного материала ученые напечатали на 3D-принтере решетчатые конструкции, которые потом обработали ультрафиолетом для затвердевания – в результате удалось получить прочный и механически стабильный материал. Наилучшим решением оказалась конструкция в форме куба – добавляя растворитель, исследователи смогли с легкостью контролировать движение материала. По результатам испытаний напечатанных на 3D-принтере конструкций оказалось, что небольшой куб способен поднять монету, вес которой превышает вес самого куба в 15 раз.

Важно отметить, что это только начало исследований 3D-печати ротаксанов. Ученые рассчитывают, что их работа позволит другим исследователям продвинуться в сфере умных материалов и устройств. По словам Ке, можно добавить молекулам также способность сокращаться и поворачиваться – тогда наномашины можно будет применить в качестве мягких роботов для выполнения задач, для которых сейчас нужны руки человека.