Tutkijat kutoivat kankaita, jotka muuttavat muotoaan lämmön vaikutuksesta

Lämpöön ja valoon reagoiva nestekide-elastomeeri (LCE, liquid crystalline elastomer) keksittiin 1980-luvulla. LCE:tä on hyödynnetty ohutkalvoina pehmeän robotiikan sovelluksissa, mutta nyt Aalto-yliopiston ja Cambridgen yliopiston tutkijat halusivat testata sen mahdollisuuksia älykkäiden tekstiilien materiaalina.

Tutkimuksessa hyödynnettiin perinteisiä kankaankudontatekniikoita ja -sidoksia. Sidos tarkoittaa kankaan rakennetta eli tapaa, jolla kudelanka ja loimilanka risteilevät keskenään.

Tutkijat käyttivät sidoksina palttinaa, satiinia, toimikasta ja kuderipsiä. Jokainen sidos tehtiin sekä pehmeästä että jäykästä LCE-langasta. Sitten tutkijat testasivat, miten kankaat reagoivat infrapunalampun lämpöön.

Kaikki testatut kankaat menivät kasaan lämmetessään. Se, mitä sidosta ja kumpaa lankaa kankaaseen oli käytetty, vaikutti muutoksen voimakkuuteen. Kaikki kankaat myös palautuivat alkuperäiseen muotoonsa, kun lämpötila laski takaisin lähtöpisteeseen.

Aalto-yliopiston tutkijatohtori Pedro Silva kertoo, että ennen hanketta tutkijoille oli täysi arvoitus, miten uusi materiaali taipuisi tekstiilien valmistukseen. LCE on ikään kuin kuminauhaa, joka on tehty nestekidepolymeereistä.

”Molemmat LCE-langat ovat jopa joustavampia kuin tuttu elastaani. Siksi meidän piti selvittää, voisiko tekstiiliteollisuus hyödyntää niitä ja miten yhdistäminen tutumpiin lankamateriaaleihin vaikuttaisi LCE-lankojen muovautuvuuteen”, tutkimusta vetänyt Silva kertoo.

Monialaisuus valtava etu

Tiimi myös kutoi LCE-langoista, pellavasta ja nylonista pyöreän kankaan hyödyntäen säteittäistä kudontaa. Kun kangas lämpeni, LCE-langat kutistuivat ja vetivät koko kankaan keilamaiseen muotoon. Kun kangas viileni, keila laskeutui ja kankaasta tuli taas sileä pyörylä.

Kankaiden kudonnasta vastannut Aalto-yliopiston väitöskirjatutkija Maija Vaara korostaa, ettei työ olisi onnistunut ilman kahden yliopiston ja eri alojen tiivistä yhteistyötä.

”Monialaisuus oli tutkimuksessa valtava etu. Toivomme, että työmme herättää muitakin ajattelemaan tulevaisuuden materiaaleja, uusista näkökulmista”, Vaara sanoo.

Pedro Silva ja Maija Vaara työskentelevät professori Jaana Vapaavuoren vetämässä, toiminnallisten materiaalien suunnitteluun erikoistuneessa tutkimusryhmässä. Vapaavuoren mukaan tutkimus on tärkeä askel kohti älykkäiden ja muokkautumiskykyisten tekstiilien aikakautta.

”Näillä kankailla pystymme säätämään kuteen ”huokoskokoa” sekä koko kankaan 3D-rakennetta lämpötilan avulla. Lämpöön reagoiville kankaille voi löytyä sovelluksia kylmyydeltä suojaamisessa; ei vain puettavissa älyvaatteissa vaan myös esimerkiksi maataloudessa. Lämpötilan muutos vaikuttaa myös siihen, miten kankaat läpäisevät valoa. Yksi tulevaisuuden visioista onkin mukautuvat verhot, jotka säätelevät sisätilan lämpötilaa Muuttuvia 3D-muotoja voidaan puolestaan käyttää esimerkiksi huonetilojen akustiikan parantamisessa”, Vapaavuori sanoo.

Tutkimus julkaistiin äskettäin Advanced Materials -tiedelehdessä.