Исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона Полсона (SEAS) продемонстрировали, что с помощью обычных техник вязания можно создавать функциональные ткани, способные менять форму, реагировать на движение и работать в качестве переключателей. По данным журнала Advanced Functional Materials, такой подход может способствовать созданию нового поколения программируемого текстиля.
Научная группа разработала специальные ткани машинной вязки, которые могут «перещелкиваться» из одной устойчивой формы в другую. Физики называют способность материала сохранять несколько стабильных конфигураций мультистабильностью. Работу возглавила недавняя выпускница докторантуры Каусалья Махадеван, которая сейчас работает постдоком в лаборатории Катии Бертольди, профессора прикладной механики.
Как пояснила Махадеван, идея возникла под влиянием художников по текстилю и их подхода к созданию структур, а также традиционных представлений лаборатории о нелинейной механике твердых тел. Вместо формования полимеров с контролем остаточных напряжений исследователи показали, что поперечное вязание, тот же промышленный метод, который обычно используется для изготовления шапок и перчаток, позволяет создавать сложные изогнутые структуры только из пряжи.
Для этого были выбраны высокоэластичные нити и применен метод вязания под названием «пломбирование», при котором разные пряжи размещаются на противоположных сторонах полотна. Это дает плотные и толстые ткани, которые естественным образом закручиваются в трехмерные формы. Эффект основан на том же поведении, которое заставляет нижний край разрезанной футболки загибаться вверх.
Расположив горизонтальные и вертикальные полосы в систематических комбинациях, ученые создали текстиль, который может переключаться между разными конфигурациями и оставаться стабильным в каждой из них, подобно выключателю света. Изучив, как геометрия и свойства материала влияют на это поведение, команда определила физические условия для мультистабильности и смоделировала процесс, рассматривая ткань как непрерывный материал. Добавление тонких токопроводящих нитей превратило вязаные структуры в мягкие растяжимые электрические переключатели, меняющие состояние при «перещелкивании».
В демонстрационных целях была создана мультистабильная вязаная оболочка, управляющая светодиодом, а также носимый переключатель для колена или локтя, который позволяет считать шаги через Arduino. Еще один прототип — перестраиваемый абажур лампы с тремя переключателями, каждый из которых управляет светом определенного цвета. Используемые машины аналогичны промышленному вязальному оборудованию на швейных фабриках, что указывает на возможность быстрого масштабирования технологии, как отмечается в публикации ScienceDaily.