Влаголюбивая гусеница: Ползком по пленке

Китайские исследователи создали странную «гусеницу» из полимера, которая ползет по поверхности под действием влажности – и только ее.
Главные компоненты устройства, созданного Цзюньци Сунем (Junqi Sun) и его коллегами, - отлично впитывающая воду пленка полимерного гидрогеля, плотно покрывающая подложку из другого полимера, гибкого, но непроницаемого для воды. Схема проста и остроумна: при повышении влажности среды пленка гидрогеля впитывает воду и расширяется, тогда как подложка не меняет размеров. В итоге весь их «бутерброд» изгибается с ростом влажности и снова выпрямляется с ее падением.


Обдувая пленку насыщенным паром (или сухим) газом, ученые сумели довольно быстро менять относительную влажность в промежутке между 11 и 40%, заставляя систему то сгибаться, то возвращаться к первоначальной форме. А к концам ее были прикреплены дополнительные сегменты, способные эффективно цепляться за поверхность (взгляните на ролик). В итоге и получается «гусеница», способная, изгибаясь, перемещаться в одном заранее заданном направлении под действием только лишь влажности – и при этом, как показал эксперимент, перетаскивать на своей «спинке» груз, масса которого в 120 раз превышает массу самого устройства!


Чтобы добиться этого, ученым пришлось повозиться, подбирая гидрогель оптимальных характеристик – по мере насыщения водой сильно меняющий размеры, но при этом сохраняющий необходимую прочность, быстро поглощающий и отдающий влагу. Оптимальной оказалась пленка из чередующихся слоев противоположно заряженных полимеров – т.н. полиэлектролитная многослойная пленка (Polyelectrolyte Multilayer Layer, PEM).


Заметим, что влажность – слишком «зыбкий» и трудный для контроля параметр, чтобы работающие на ее основе устройства можно было бы назвать перспективными для каких-нибудь практических применений. С другой стороны, это только начало. Как говорит сам Цзюньци Сунь, «мы считаем, что устройства с пленками на основе РЕМ могут приводиться в движение под действием и других стимулов – например, ИК-излучения, которое способно быстро испарять накопленную воду».