Wetenschappers hebben een polymeer ontwikkeld dat door toevoeging van water en licht van een 2D-velletje in een 3D-object verandert.

De onderzoekers beschrijven hun werk in het blad Science. Hun vondst in een notendop? Ze hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om tweedimensionale vellen polymeren te printen die door water en licht toe te voegen vervolgens veranderen in 3D-vormen. Dankzij de techniek van de wetenschappers is het nu mogelijk om de totstandkoming van de 3D-vormen heel goed te controleren.

Natuur
De onderzoekers lieten zich voor hun werk inspireren door de natuur. Met name door de bladeren van planten. Planten creëren allerlei vormen, maar wanneer ze dat doen dan buigt of groeit niet elk deel even hard. Sommige cellen zetten uit. Anderen blijven zoals ze zijn. De onderzoekers wilden ook wel zo heel specifiek kunnen bepalen welke delen van een object van vorm zouden veranderen en welke delen niet. En dat is nu gelukt.

Zo werkt het. Afbeelding: Zina Deretsky / National Science Foundation.

Water en licht
Hun polymeer reageert eigenlijk op twee manieren. Wanneer het in contact komt met water, dan zet het uit. Maar het polymeer reageert ook op UV-licht. De hoeveelheid licht die op specifieke plaatsen van het vel geabsorbeerd wordt, bepaalt wanneer het materiaal in contact komt met water in hoeverre het uitzet. “De truc is dat door onze methode heel eenvoudig hele geleidelijke patronen van groei kunnen worden toegepast,” vertelt onderzoeker Ryan Hayward ons. Hij vergelijkt het met het maken van een printje waarin kleuren in elkaar overlopen. In werkelijkheid lopen die kleuren niet in elkaar over, maar zijn het allemaal kleine stipjes die de illusie wekken dat de kleuren in elkaar overlopen. Zo werkt dit eigenlijk ook. Het is mogelijk om hele geleidelijke vormen te maken door het polymeer op verschillende plaatsen gemakkelijker of minder gemakkelijk uit te laten zetten (zie het onderste voorbeeld in het plaatje hiernaast).

In theorie is het mogelijk om op deze manier elke willekeurige 3D-vorm te maken. De onderzoekers hebben zo al verschillende vormen gemaakt. Cirkels bijvoorbeeld. En kegels. Het grote voordeel van de techniek is dat deze relatief eenvoudig is. Een ander voordeel is dat gemaakte objecten zo weer plat gemaakt kunnen worden en daarna weer een andere vorm aan kunnen nemen. “We voorzien dat deze materialen en de concepten achter onze aanpak uiteindelijk leiden tot een grote variëteit aan materialen,” vertelt Hayward. “Waaronder biomaterialen waarvan we de vorm kunnen controleren.” Het onderzoek gaat dan ook zeker verder. Zo hopen de onderzoekers nog te achterhalen welke vormen wel en welke vormen niet met behulp van deze methode vervaardigd kunnen worden.