Μηχανικοί στο Πανεπιστήμιο του Irvine στις ΗΠΑ, έχουν εφεύρει ένα μονωτικό υλικό συσκευασίας εμπνευσμένο από το δέρμα των καλαμαριών. Ο νέος αυτός σχεδιασμός θα μπορούσε, στο μέλλον, να κρατήσει τα ροφήματα ζεστά και να προστατεύσει άλλα προϊόντα ρυθμίζοντας τη θερμότητα μέσω αναδιαμορφώσιμων μεταλλικών κατασκευών που μπορούν να διαχωριστούν αντιστρέφοντας το ένα το άλλο και να επανέλθουν μαζί, κάτω από διαφορετικά επίπεδα καταπόνησης.
Η έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο Nature Sustainability, επιδίωξε να αντικαταστήσει τις μεταλλαγμένες πολυμερείς μεμβρανές που χρησιμοποιούνται ευρέως για συσκευασία και οι οποίες διαθέτουν στατικές υπέρυθρες ανακλαστικές ιδιότητες, με «πράσινα και χαμηλού κόστους εναλλακτικά υλικά» που έχουν επιθυμητή δυναμική θερμορύθμιση.
Ο Alon Gorodetsky, αναπληρωτής καθηγητής χημικής και βιομοριακής μηχανικής του UC Irvine, και η ομάδα του, μιμήθηκαν τη σύνθεση των δερμάτων κεφαλόποδων όπως είναι τα καλαμάρια, τα χταπόδια και οι σουπιές.
«Τα μεταλλικά “νησιά” στο σύνθετο υλικό μας, είναι το ένα δίπλα στο άλλο όταν το υλικό είναι χαλαρό και διαχωρίζονται όταν το υλικό τεντώνεται, επιτρέποντας τον έλεγχο της αντανάκλασης και της μετάδοσης του υπέρυθρου φωτός ή τη διασπορά της θερμότητας», εξηγεί ο Gorodetsky.
“Ο μηχανισμός είναι ανάλογος με την επέκταση και τη συστολή των χρωματοφορών στο δέρμα ενός καλαμαριού, γεγονός που μεταβάλλει την αντανάκλαση και τη μετάδοση του ορατού φωτός.”
Squid …game changer
Τα χρωματοφόρα – όργανα που υπάρχουν στο δέρμα πολλών κεφαλόποδων – αλλάζουν το μέγεθός τους για να βοηθήσουν τα καλαμάρια να επικοινωνούν και να καμουφλάρουν το σώμα τους για να αποφύγουν τους θηρευτές και να κρυφτούν. Ο Γκοροντέτσκι λέει ότι μιμούμενος αυτόν τον μηχανισμό, η ομάδα του επέτρεψε την «συντονιζόμενη θερμορύθμιση» στο πρόσφατα επινοημένο υλικό τους, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε βελτιωμένη ενεργειακή απόδοση και να προστατεύσει τα ευαίσθητα δάχτυλα των καταναλωτών από τις ζεστές επιφάνειες.
Μια σημαντική ανακάλυψη αυτού του έργου ήταν η ανάπτυξη από την ερευνητική ομάδα μιας οικονομικά αποδοτικής μεθόδου παραγωγής σε σχέση με τις ποσότητες της εφαρμογής. Οι πρώτες ύλες χαλκού και καουτσούκ ξεκινούν από περίπου μια δεκάρα ανά τετραγωνικό μέτρο με το κόστος να μειώνεται περαιτέρω από τις οικονομίες κλίμακας, σύμφωνα με τη μελέτη.
Η τεχνική κατασκευής της ομάδας περιλαμβάνει την εναπόθεση μιας μεμβράνης χαλκού σε ένα επαναχρησιμοποιήσιμο υπόστρωμα, όπως αλουμινόχαρτο, και στη συνέχεια ψεκασμό πολλαπλών πολυμερών στρωμάτων πάνω στην ταινία χαλκού, τα οποία μπορούν να γίνουν σε “σχεδόν οποιοδήποτε μέγεθος παρτίδας θα μπορούσε να φανταστεί κανείς”.
«Η συνδυασμένη στρατηγική κατασκευής που έχουμε τελειοποιήσει τώρα στο εργαστήριό μας είναι μια πραγματικό game changer», λέει ο Gorodetsky. “Εργαζόμαστε με προσαρμοστικά υλικά και συστήματα εμπνευσμένα από κεφαλόποδα εδώ και χρόνια, αλλά στο παρελθόν μπορέσαμε να τα κατασκευάσουμε μόνο σε σχετικά μικρές κλίμακες. Τώρα υπάρχει επιτέλους ένας δρόμος για να κάνουμε αυτό το πράγμα roll-by-roll σε ένα εργοστάσιο.”
Σύνθετα υλικά καφέ
Η ανεπτυγμένη στρατηγική και οι οικονομίες κλίμακας θα πρέπει να καθιστούν δυνατή τη χρήση του σύνθετου υλικού σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, από το ποτήρι του καφέ μέχρι τις τέντες ή σε οποιοδήποτε δοχείο είναι επιθυμητή η ρύθμιση συντονιζόμενης θερμοκρασίας.
Η εφεύρεση έχει υψηλό ποσοστό περιβαλλοντικής βιωσιμότητας, λέει ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Mohsin Badshah, πρώην μεταδιδακτορικός μελετητής του UC Irvine στη χημική και βιομοριακή μηχανική. “Το σύνθετο υλικό μπορεί να ανακυκλωθεί, αφαιρώντας το χαλκό με ξύδι και χρησιμοποιώντας καθιερωμένες εμπορικές μεθόδους για την επαναχρησιμοποίηση του υπόλοιπου ελαστικού πολυμερούς”, εξηγεί.
Η ομάδα διεξήγαγε καθολικά σχετικούς ελέγχους για ποτήρια του καφέ στο εργαστήριό της στην πανεπιστημιούπολη του UC Irvine, όπου απέδειξαν ότι μπορούσαν να ελέγξουν την ψύξη του καφέ. Ήταν σε θέση να προβλέψουν με ακρίβεια και θεωρητικά και στη συνέχεια να επιβεβαιώσουν πειραματικά τις αλλαγές στη θερμοκρασία για τα ποτήρια που ήταν γεμάτα με ροφήματα.
Η ομάδα πέτυχε επίσης μια 20πλάσια διαμόρφωση της μετάδοσης υπέρυθρης ακτινοβολίας και μια 30πλάσια ρύθμιση των θερμικών ροής υπό τυποποιημένες συνθήκες δοκιμών. Το σταθερό υλικό λειτούργησε ακόμη καλά για υψηλά επίπεδα μηχανικής παραμόρφωσης.
Ο έλεγχος της θερμοκρασίας
Ο Gorodetsky λέει ότι υπάρχει “μια τεράστια σειρά εφαρμογών για αυτό το υλικό”.
«Σκεφτείτε όλα τα αλλοιώσιμα αγαθά που παραδόθηκαν στα σπίτια των ανθρώπων κατά τη διάρκεια της πανδημίας. Οποιοδήποτε πακέτο στέλνει η Amazon ή άλλη εταιρεία, στο οποίο πρέπει να ελέγχεται η θερμοκρασία, μπορεί να χρησιμοποιήσει μια επένδυση κατασκευασμένη από το προσαρμοστικό σύνθετο υλικό μας – εμπνευσμένο από καλαμάρια. Τώρα που μπορούμε να φτιάξουμε μεγάλα φύλλα του υλικού κάθε φορά, έχουμε κάτι που μπορεί να ωφελήσει πολλές πτυχές της ζωής μας».
Πέρυσι, η Amazon δέχθηκε επικρίσεις για τη χρήση κατεψυγμένων πλαστικών φιαλών για τη διατήρηση δροσερών θερμοκρασιών σε συσκευασίες τροφίμων. Η Greenpeace χαρακτήρισε το έργο τέχνασμα «οικολογικού πλυσίματος», στο οποίο παράγεται και σπαταλάται ακόμη περισσότερο πλαστικό.
Πηγή: Packaging Insights
Ακολουθήστε το Cibum 
