Niedawno naukowcy z Shibaura Institute of Technology (SIT) i Waseda University w Japonii opracowali technikę produkcji samoczynnie składającego się papieru przy użyciu druku atramentowego, opisaną szczegółowo w Advanced Intelligent Systems. Ruchliwość papieru wynika z interakcji z różnymi roztworami wodnymi stosowanymi podczas drukowania, przy czym inspiracją była natura.
Nie jest tajemnicą, że zjawiska składania i rozkładania są już obecne w naturze – wystarczy pomyśleć o otwierającym się pąku. Takie ruchy w roślinach są generowane przez absorpcję i uwalnianie wody, kiedy celuloza w tkance roślinnej wchłania wodę i rozszerza się, a leżący u podstaw układ włókien celulozy kieruje ruchem w zależności od potrzeb. Papier składa się z suchych cząsteczek celulozy, tj. głównych składników martwej tkanki roślinnej.
Niech natura wykona swoją pracę
Dr Hiroki Shigemune z SIT wyjaśnia, jakie wyzwania były katalizatorem wykorzystania w ich badaniach koncepcji wywodzącej się z natury:
“Drukowanie funkcjonalnych urządzeń mechatronicznych pozostaje ogromnym wyzwaniem; poradziliśmy sobie z nim poprzez znalezienie wygodnej metody drukowania samozwijających się struktur papierowych. Ponieważ papier składa się głównie z celulozy, inspirację czerpaliśmy z roślin.”
Podczas produkcji papieru, wewnątrz gromadzą się naprężenia, ponieważ pulpa składająca się z włókien celulozowych jest prasowana w celu usunięcia wilgoci. Ponowne wprowadzenie wody zmniejsza te napięcia poprzez wbudowanie cząsteczek wody w cząsteczki celulozy. Kiedy woda wysycha, wiązania wodorowe pomiędzy cząsteczkami celulozy ulegają reorganizacji, a cząsteczki celulozy są bardziej zagregowane, ponieważ podczas suszenia papier nie jest poddawany naprężaniu. Na koniec, część papieru, która weszła w kontakt z wodą, wytwarza naprężenie ściskające, które powoduje samoczynne składanie się papieru.
W celu zmiany i regulacji dynamiki przestrzennej i czasowej procesu samo-składania, badacze napełnili wkłady do drukarek atramentowych wodnymi roztworami LiCl o różnych stężeniach. Następnie zaczęli drukować linie w odpowiednich kolorach, zgodnie z pożądaną kolejnością składania. Zaobserwowano, że np. czysta woda wywoływała niemal natychmiastową reakcję składania, podczas gdy roztwór o niskim stężeniu LiCl powodował ogromną zmianę w inicjacji procesu składania i jeszcze wolniejszy czas składania. W skrócie można powiedzieć, że dane cyfrowe dotyczące wzorów i kolorów nadruku posłużyły jako kod programu określający miejsce i czas samoczynnego składania.
W swojej publikacji badacze podsumowują ten niezwykle prosty system:
“W systemach elektromechanicznych, montaż, sterowanie i dostarczanie energii są projektowane oddzielnie, a do każdego celu wybierane są odpowiednie urządzenia. My zrealizowaliśmy projekt i kontrolę oraz stymulowaliśmy samoczynne składanie się papieru przy użyciu prostej kombinacji drukarki, roztworów i papieru.”
O możliwościach tak wykorzystywanego papieru można jedynie powiedzieć, że jest ich pełno. Tyle ich ile pomysłów… ale więcej na ten temat przedstawimy w lutowym wydaniu czasopisma Świat Poligrafii Professional.
