Aalto-yliopiston tutkijat ovat kutoneet älykankaita, jotka muuttavat muotoaan lämmön vaikutuksesta. Kankaille voi tulevaisuudessa löytyä käyttökohteita esimerkiksi kylmältä suojaamisessa, terveydentilan tarkkailussa ja akustisina elementteinä.

Uusien älykkäiden tekstiiliensä materiaalina tutkijat hyödynsivät lämpöön ja valoon reagoivaa nestekide-elastomeeriä LCE:tä, jota on aiemmin käytetty ohutkalvoina pehmeässä robotiikassa. Tutkijoiden mukaan LCE on ikään kuin kuminauhaa, joka on tehty nestekidepolymeereistä.

Kankaan kudontatekniikat olivat perinteiset, samoin sidokset eli kude- ja loimilangan risteily. Sidoksina tutkijat käyttivät palttinaa, satiinia, toimikasta ja kuderipsiä. Jokainen sidos tehtiin sekä pehmeästä että jäykästä LCE-langasta.

Sen jälkeen testattiin, kuinka kankaat reagoivat infrapunalampun lämpöön. Tällöin selvisi, että kaikki menevät lämmetessään kasaan. Muodonmuutoksen voimakkuuteen vaikutti kuitenkin se, mitä sidosta ja kumpaa lankaa kankaaseen oli käytetty.

Kun lämpötila laski takaisin lähtöpisteeseen, kankaat palautuivat alkuperäiseen muotoonsa.

Tutkijatiimi kutoi LCE-langoista, pellavasta ja nylonista myös pyöreän kankaan hyödyntämällä 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.

Kankaan toimintaa esittelevän videon voi katsoa täällä.

Liikkeelle ”täydestä arvoituksesta”

Aalto-yliopiston tutkijatohtori Pedro Silva kertoo tiedotteessa, että ennen hanketta tutkijoille oli täysi arvoitus, kuinka uusi materiaali taipuisi tekstiilien valmistukseen.

”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 kuvailee.

Tutkimuksen tekoon osallistui myös Cambridgen yliopisto. 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.

Tärkeä askel kohti muokkautuvia älytekstiilejä

Pedro Silva ja Maija Vaara työskentelevät professori Jaana Vapaavuoren vetämässä toiminnallisten materiaalien tutkimusryhmässä.

Vapaavuoren mukaan tuore tutkimus on tärkeä askel kohti älykkäiden, muokkautumiskykyisten tekstiilien aikakautta.

”Näillä kankailla pystymme säätämään kuteen ”huokoskokoa” sekä koko kankaan 3d-rakennetta lämpötilan avulla”, Vapaavuori sanoo.

Lämpöön reagoivia kankaita voi hänen mukaansa käyttää kylmyydeltä suojaamisessa niin puettavissa älyvaatteissa kuin esimerkiksi maataloudessa.

Lämpötilan muutos vaikuttaa myös siihen, kuinka kankaat läpäisevät valoa.

”Yksi tulevaisuuden visioista onkin mukautuvat verhot, jotka säätelevät sisätilan lämpötilaa Muuttuvia 3d-muotoja voidaan puolestaan käyttää esimerkiksi huonetilojen akustiikan parantamisessa.”

Tutkimuksen julkaisi tiedelehti Advanced Materials.

(Kuva Pedro Silva/Aalto-yliopisto) LCE-langoista, pellavasta ja nylonista säteittäisesti kudottu pyöreä kangas. Lämmetessään LCE-langat kutistuivat ja vetivät koko kankaan keilamaiseen muotoon. Kun kangas viileni, kankaasta tuli taas sileä pyörylä.

Lue myös:

EU:n miljoonarahoitus älymateriaalien ja ledvalojen tutkijoille

Nuori tutkija ja hyvä opettaja – Jaana Vapaavuori ja Tuomo Sainio palkittiin