Nieuw zwevende, buigende 'nanocardboard' zou Lightsails, Microrobots kunnen maken

Een nieuw materiaal dat is ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania is lichtgewicht genoeg om op een blad te rusten zonder het te buigen, en toch sterk genoeg om satellieten naar de verste uithoeken van de ruimte voort te stuwen. Oh, en het zweeft ook.

En dat is niet alles waar dit nieuwe materiaal ook maar nuttig voor zou kunnen zijn. Inderdaad, de auto slepende, kankercellen vermoordende, reddingsoperaties leidende kleine robots van de toekomst zouden in feite gemaakt kunnen worden van dit futuristische karton.

Of, meer in het bijzonder, de micro-robots van de toekomst kunnen worden gebouwd met behulp van een "nanokarton" van aluminiumoxide dat minder dan een duizendste van een gram weegt en toch sterk genoeg is om te buigen zonder te breken. Het is een geweldige thermische isolator, wat betekent dat het waarschijnlijk goed standhoudt bij extreme temperaturen.

De sleutel tot dit fascinerende nieuwe materiaal is de sandwichachtige vorm, waarvan de onderzoekers erachter zeggen dat het ongeveer 10.000 keer zo sterk is als het materiaal zou zijn als het volledig solide zou zijn. Het team publiceerde hun bevindingen in het laatste nummer van Natuurcommunicatie.

"Als je voldoende kracht uitoefent, kun je golfkarton scherp buigen, maar het zal breken; je zult een vouw creëren waar het permanent verzwakt raakt ", zegt Igor Bargatin, een professor in de machinebouw aan Penn die het onderzoek leidde. "Dat is het verrassende aan ons nanokarton; wanneer je het buigt, herstelt het alsof er niets is gebeurd. Dat heeft geen precedent op de macroschaal."

Omdat het zo sterk en lichtgewicht is, zeiden de onderzoekers dat er een aantal toepassingen voor hun nanokarton kunnen zijn, van het kleine - bijvoorbeeld door een materiaal te leveren voor de vleugels op zwermachtige, vogelachtige micro-robots - tot veel, veel grotere toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, bijvoorbeeld door het ontwikkelen van lichte zeilen.

Lichte zeilen zijn een mogelijkheid om mensen in staat te stellen de verste streken van de diepe ruimte beter te verkennen zonder zich zorgen te hoeven maken over energiebeperkingen. Ze zijn in principe net als de zeilen die boten aandrijven, behalve dat ze zeewaardige schepen voortstuwen met behulp van wind, ze zouden ruimtevaartuigen of satellieten voortstuwen door de kleine lichtdeeltjes die door de zon worden uitgestraald op te vangen.

"Een andere mogelijke toepassing is de Starshot-lightzeil, die is ontworpen om met maximaal 20% van de lichtsnelheid te reizen om Proxima Centauri b in een paar decennia te bereiken," schrijven de auteurs in de krant. "Enkele van de kritische materiaalvereisten omvatten een massadichtheid van minder dan 0,1 gm-2 (overeenkomend met een zeildikte van ~ 100 nm), het vermogen om hoge temperaturen te handhaven en een voldoende buigstijfheid om de vorm (en dus de voortstuwingsrichting te regelen)).”

De onderzoekers schetsten ook andere toepassingen, waaronder thermische isolatie en energieconversie. Het feit dat het materiaal kan zweven wanneer je het opwarmt, kan ook nuttig zijn, hoewel de onderzoekers er nog niet helemaal zeker van zijn hoe. Vervolgens zijn ze van plan verder te onderzoeken welke van de vele mogelijke use-cases voor dit nieuwe nanocardboard de meeste belofte inhouden.