Inteligencja nie tylko wśród ludzi

Niektóre polimery poza pamięcią kształtu tworzą struktury samonaprawiające się. Wizja mechanizmu samouzdrawiania się materiałów jest analogiczna do tego, jaki istnieje w przyrodzie (np. zrastanie się złamanej kości, gojenie ran itd.) i opiera się na natychmiastowej reakcji na uszkodzenie bez (lub przy minimalnej) ingerencji człowieka. Głównym założeniem przy projektowaniu materiałów samonaprawiających jest to, aby po regeneracji były one w stanie odzyskać swoje pierwotne właściwości mechaniczne, albo chociaż mogły ograniczyć ich pogorszenie wywołane mikropęknięciami. ''Wyleczenie'' może nastąpić autonomicznie lub być aktywowane zewnętrznym bodźcem, np. temperaturą bądź promieniowaniem. Autonomicznie działające materiały samonaprawiające nie potrzebują zewnętrznego impulsu, gdyż samo uszkodzenie staje się bodźcem do napraw. 

Naukowcy z Hiszpanii zaprezentowali pierwszy elastomer, który potrafi naprawić się samodzielnie bez działania zewnętrznego czynnika. Elastomer nazwany ''terminatorem'' złączył się z powrotem w jedną całość po przecięciu go na pół żyletką. Elastomer ten opiera się na reakcji aromatycznych siarczków, aktywnych w temperaturze pokojowej. Sieć elastomerowa przypomina rzepy i wykazuje wydajność regeneracji powyżej 90% w ciągu 2 godzin. Ponadto jest odporna na rozciąganie. Prowadzone są też badania nad samonaprawiającymi się materiałami na bazie żywicy epoksydowej, do której wprowadza się mikrokapsułki zawierające substancje ''lecznicze'' w postaci monomerów, katalizatorów i inicjatorów. Jeśli materiał pęka, to pękają również mikrokapsułki a wydobywająca się z nich ciecz wypełnia wolną przestrzeń powstałą na skutek uszkodzenia, zaś pod wpływem katalizatora następuje polimeryzacja monomeru i związanie z powierzchniami mikropęknięcia. Tak otrzymane samoleczące się kompozyty osiągają ponad 80% swoich pierwotnych właściwości i mogą być stosowane np. do otrzymywania inteligentnych powłok posiadających zdolność samorzutnego zasklepiania rys i uszkodzeń. Niezależnie od zastosowanego mechanizmu, idea i proces samonaprawiania otwiera nowe możliwości w projektowaniu niezawodnych materiałów, co może przyczynić się do ogromnej rewolucji technologicznej chociażby w projektowaniu elementów konstrukcyjnych. Niewątpliwą zaletą takiego mechanizmu samonaprawy jest fakt, iż proces uzdrawiania może być powtarzany wielokrotnie.

Polimery mogą też współpracować z innymi materiałami, dając nowe rozwiązania. Dobry przykład to fibroina - białko jedwabiu, które umożliwia ochronę biomolekuł w taki sposób, że można je drukować w technologii druku atramentowego. Fibroina pełni w tym przypadku funkcję kokonu. To odkrycie pozwoli na rozwój inteligentnych biosensorów rozprowadzanych w roztworze jedwabiu. 

Inżynierowie z Tufts zaprezentowali rękawiczki, które wskazują, że zostały skażone. Po kontakcie z bakteriami E.Coli, napis który na nich wydrukowano zmienia kolor. Wykorzystano do tego PDA - polidiacetylen rozpuszczony w roztworze jedwabiu. Technologia ta może być w przyszłości użyta również do produkcji inteligentnych bandaży, które będą potrafiły leczyć skomplikowane zranienia.

Kolejny innowacyjny i inteligentny pomysł to pokrycie szklanych kapilar polimerowym hydrożelem, co drastycznie zmienia sposób, w jaki siły kapilarne wciągają wodę do małych struktur. Siły kapilarne to te, które wciągają wodę i płyny do rurek, słomek czy ręczników papierowych. W rurkach pokrytych hydrożelem ulega to zmianie - roztwory wodne są wciągane do rurki, blokują się i znowu są wciągane, a cały proces się powtarza. Dzięki temu woda propaguje z prawie stałą prędkością i napełnienie kapilary może być znacznie szybsze. Zastosowanie pokrycia inteligentnym polimerem mogłoby pozwolić na sterowanie przepływem cieczy: powyżej temperatury przejściowej polimer przestanie absorbować i nowe zachowanie zaniknie. W ten sposób, wykorzystując temperaturę, można sterować przepływem cieczy w kapilarze. Taki przyrząd nadawałby się do sterowania reakcjami chemicznymi i do precyzyjnego dozowania leków.

Naukowcy z Cambridge połączyli funkcje polimerów w jeden inteligentny materiał o zdolności poruszania, pamięci ruchu i sensoryczności, przypominający żywą tkankę. Jak udało się stworzyć taki hybrydowy, inteligentny polimer? Osiągnięto to poprzez złączenie różnych funkcji w nanoskali, bez syntezy samych materiałów składowych. Przerwy między pojedynczymi elementami są tak małe, że całość reaguje jednolicie i wypełnia zadania pojedynczych komponentów. Komponenty syntezuje się oddzielnie, a potem łączy sekwencyjnie. Po raz pierwszy zaprezentowano materiał inteligentny mający dwie różne funkcje. Jedna z nich wykonywana jest przez jonowo aktywny polimer (i-EAP), który zgina się i pęcznieje pod przyłożonym napięciem, a druga - przez polimer z pamięcią kształtu (SMP) przyrównywany w swojej funkcjonalności do pamięci mięśnia. Połączony materiał znany jest jako przemieszane sieci (interpenetrating polymer networks - IPN). Komponenty przenikają się w nanoskali, dzięki czemu istnieją nieprzerwane ścieżki z jednego materiału, które łączą oba końce próbki. Z drugiej strony łączenia - granice faz - też istnieją w nanoskali. W związku z tym taka przemieszana sieć wykazuje odporność na złamania i pęknięcia, czyli wysoką stabilność mechaniczną. Głównym celem inżynierów pozostało jednak skonstruowanie wielofunkcyjnego mięśnia.