Sebuah tim peneliti interdisipliner dari Amerika Serikat telah mengembangkan proses pencetakan 3D baru untuk membuat elastomer kristal cair kolestrol (CLCE) – bahan yang mampu mengubah warna di bawah tekanan mekanis. Tim ini menggunakan teknik penulisan tinta langsung koaksial (DIW), yang memungkinkan pencetakan struktur berlapis-lapis dan stabil secara mekanis dengan kontrol warna yang tepat. Hasilnya baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Advanced Materials.
CLCE termasuk dalam kelas bahan yang lembut dan elastis dengan struktur molekul yang teratur yang secara selektif memantulkan cahaya. Dengan mengubah struktur ini-melalui peregangan atau tekanan-perubahan warna dapat diinduksi, membuat CLCE sangat menarik untuk aplikasi dalam penginderaan aktif, robotika lunak, dan permukaan adaptif. Para peneliti menggabungkan elastomer yang dapat berubah warna dengan cangkang silikon transparan, yang berfungsi sebagai struktur pendukung untuk ekstrusi koaksial.
“Kami ingin membawa karya [into the Lab] untuk memiliki bahan yang dirangsang secara mekanis atau regangan, di mana perubahan warnanya dapat digunakan untuk deteksi jarak jauh,” LLNL insinyur Caitlyn Cook Krikorian menjelaskan. “Setelah kami menemukan bahan yang layak, kami menghabiskan banyak waktu untuk menyempurnakan kondisi DIW, khususnya laju geser, untuk mempertahankan warna-warna yang cerah sekaligus memastikan keakuratan cetakan untuk membangun struktur kubah yang dapat digerakkan ini. Dalam makalah ini, kami mendemonstrasikan bahwa kami dapat mencetak struktur ini, tetapi ini hanyalah puncak gunung es sejauh menyangkut arsitektur cetak yang dapat dicapai.”
Proses pencetakan membutuhkan kontrol yang tepat dari kondisi geser untuk memastikan akurasi struktural dan intensitas warna. Tujuannya adalah untuk menciptakan apa yang disebut struktur kubah bistable yang dapat berubah bentuk secara reversibel di bawah tekanan sekaligus memberikan umpan balik visual.
Katherine Riley dari LLNL menyoroti bahwa multi-stabilitas telah digunakan untuk menciptakan “gripper robotik yang dapat membuka dan menutup, lembaran metamaterial yang secara pasif dapat merasakan dan merekam beban mekanis, dan sistem logika mekanis yang dapat menghitung tanpa elektronik konvensional.”
“Ketika disusun menjadi susunan metamaterial 2D atau 3D, arsitektur ini dapat digunakan untuk tampilan pasif, dan untuk sensor yang menampilkan warna yang berbeda untuk mengindikasikan berbagai tingkat pembebanan mekanis yang telah diterapkan,” kata Riley.
Ke depannya, tim berencana untuk mengembangkan lebih lanjut arsitektur pencetakan dan mengintegrasikan material berbasis CLCE sebagai struktur sensitif langsung ke dalam komponen fungsional. Langkah selanjutnya akan menyelidiki bagaimana sifat mekanik material beradaptasi dengan perubahan beban dan apakah respons ini dapat direkam secara permanen. Proyek ini didukung oleh program pendanaan strategis di LLNL yang bertujuan untuk mengembangkan apa yang disebut “material berakal budi” – material yang tidak hanya merespons rangsangan dari luar, namun juga dapat disetel dan diadaptasi secara sengaja.
