В хода на еволюцията живите организми са разработили сложни начини да поддържат стабилността си при променящи се условия на средата. Така устояват на промени в температурата, киселинността, налягането, и присъствието/отсъствието на определени молекули (разбира се в определени граници). Влагането на подобни характеристики в създадените от човека материали оставаше предизвикателство за учените в продължение на десетилетия – поне досега.

В броя на сп. Nature от 12 юли инженери от Харвард представиха иновационна техника за създаването на нов клас наноматериали, наречена SMARTS*. Те притежават невероятната на пръв поглед способност да регулират редица свои параметри в зависимост от промените в средата и да отговарят на тези промени с химически реакции, подобно на биологичните системи.

Разработката представя стъпка към създаването на по-интелигентни и ефективни медицински импланти и дори динамични сгради, които могат да отговорят на промените в климата, водейки до по-висока енергийна ефективност в тях. Технологията може да намери огромен брой приложения в компютърната индустрия и роботиката.

В структурно отношение моделът SMARTS прилича на микроскопична четка за зъби с власинки, които могат да се изправят или лягат върху основата. Така те влизат в контакт със слой, съдържащ химически „хранителни вещества“.

„Помислете за вида, който придобива настръхната кожа“, обяснява водещата авторка на проучването Джоана Айзенберг. „Когато е студено, миниатюрни мускули в основата на всеки космите ги карат да се изправят и така да образуват изолиращ въздушен слой. Когато кожата ви се затопли, мускулите се отпускат и космите полягат върху нея. SMARTS работи на същия принцип“.

Естествените материали като кожата са изключително динамични и могат да поддържат контрола при различни параметри на околната среда. За разлика от тях синтетичните материали не могат да получат лесно тези свойства. Дори най-“умните“ материали днес като например стъклата за очила, които потъмняват при излагане да слънце, и пиезоелектричните сензори, превръщащи звуковите вълни в цифров сигнал, като цяло могат да реагират само към един специфичен стимул на средата и не могат да се регулират сами.

За да демонстрират възможностите на SMARTS, учените от Харвард създали примерен материал, който реагирал на температурни промени. Той се състоял от миниатюрни нановлакна, постававени в слой хидрогел.

При промяна на температурата хидрогелът е способен да се свива и отпуска, подобно на подкожните мускули. При изстиване на околната среда власинките се изправяли и върховете им влизали в досег със слоя „хранителна среда“. Самите върхове били покрити с катализатор, който стартирал химическа реакция в слоя „хранителната среда“, при която се отделяла топлина. Така материалът реагирал на застудяването, като се нагрявал.

Освен технологичните си приложения, SMARTS представлява идеална "лаборатория" за изучаването на фундаменталните свойства на биологичните системи, като например как живите системи са способни по толкова ефективен начин да преобразуват химичната енергия в механична и обратното.

„Открихме нов начин, по който да възприемаме различните материали и да създаваме удивителни системи, с които да работим над фундаментални въпроси за начините, по които живите организми поддържат стабилно състояние“, казва Джоана Айзенберг.

*Съкратено от Self-Regulated Mechano-Chemical Adaptively Reconfigurable Tunable System