Японские химики разработали прототип высокоэластичного аэрогеля, обладающего способностью к восстановлению исходной формы. Данный материал изготовлен с применением технологии замещения жидкости газом непосредственно в полимерной основе геля. Аэрогели классифицируются как среды, в которых жидкая фаза полностью заменена газообразной; такие материалы характеризуются сверхмалым весом, высокой гибкостью и прочностью, сопоставимой с характеристиками металлов. В рамках исследования ученые из Университета науки и технологий Миссури создали аэрогель с эффектом памяти формы на основе полимера из изоцианурата и полиуретана, образующих кольцевое соединение. Многослойная структура данного полимера обеспечивает материалу необходимые свойства эластичности, гибкости и механической прочности.
Его наполнили газом: жидкий CO2 (углекислый газ) превращался в сверхкритическую жидкость внутри полимера и переходил в газообразное состояние.
«Командой» для возвращения аэрогеля в форму начального состояния является изменение температуры. После деформации и охлаждения материал сохраняет форму до повышения температуры. При нагревании полимерные нити, из которых состоит материал, разворачиваются и предмет принимает форму, которую представлял до деформации.
Исследователи продемонстрировали это уникальное свойство, сформировав из материала руку, которая способна имитировать скоординированные движения мышц. Рука из аэрогеля может зажимать карандаш и отпускать его.
Аэрогели уже используются в самых разнообразных продуктах — от изоляции морских нефтепроводов до космических полетов НАСА. Благодаря изобретению нового материала диапазон применений обогатился бионикой — наукой о создании технологических устройств на основе процессов, заимствованных у природы.
Исследование опубликовано в журнале Chemistry of Materials.
Для любознательных
В России и за её пределами разработка суперэластичных аэрогелей с эффектом памяти формы ведётся в научных центрах, где исследуют передовые материалы для высоких технологий. Вот кто и зачем этим занимается — с актуальными примерами и применением.
Кто разрабатывает такие аэрогели?
1. Университет науки и технологии Миссури (США)
Именно здесь в 2017 году была создана одна из первых версий эластичного аэрогеля с памятью формы. Учёные использовали полимер на основе изоцианурата и полиуретана, который способен “запоминать” исходную форму. При нагревании материал возвращается к первоначальной геометрии, даже если его сильно деформировали.
Иллюстрацией стало создание бионической руки из аэрогеля, способной сжимать и отпускать предметы — как настоящая рука.
2. Сибирские научные институты (Россия)
Учёные из Института катализа СО РАН и Института ядерной физики им. Будкера (Новосибирск) — мировые лидеры в производстве оптически прозрачных аэрогелей, особенно многослойных. Хотя их основной фокус — детекторы частиц, технологии, которые они разрабатывают, могут быть адаптированы для создания умных материалов.
Например, их аэрогель используется в проекте ФАРИЧ — фокусирующем аэрогелевом черенковском детекторе для супер коллайдеров.
3. Японские лаборатории (например, Matsushita)
Япония — один из лидеров в производстве аэрогелей промышленного уровня. Компания Matsushita (Panasonic) совместно с научными центрами разрабатывает аэрогели с высокой прозрачностью и термостойкостью. Эти технологии могут быть основой для создания умных материалов с памятью формы.
4. Команда Кая Панга (международный проект, 2025)
В 2025 году исследователи под руководством Кая Панга представили новое семейство аэрогелей с куполообразной структурой, вдохновлённой архитектурой. Эти материалы:
- выдерживают температуры от –269 °C до 2000 °C,
- остаются упругими при плотности ниже, чем у воздуха,
- способны пережить 20 000 циклов сжатия и восстанавливать форму.
Такие аэрогели могут быть адаптированы для эффекта памяти формы при помощи термочувствительных полимеров.
Для чего нужен аэрогель с памятью формы?
Этот материал — настоящий прорыв в бионике, робототехнике, космонавтике и энергетике. Вот ключевые применения:
1. Бионические протезы и роботы
Аэрогель, способный “двигаться” при нагреве, может имитировать мышечную ткань. Например, рука из такого материала может сгибаться и разгибаться без двигателей — просто от изменения температуры. Это открывает путь к лёгким, гибким и энергоэффективным роботам.
2. Космические технологии
Аэрогели уже используются в миссиях NASA (например, зонд Stardust). Аэрогель с памятью формы может:
- раскрываться в космосе при нагреве солнечными лучами (как умный зонт),
- защищать аппараты от перепадов температур,
- служить “умной” теплоизоляцией, которая меняет структуру под условия.
3. Медицинские имплантаты
Представьте стент или хирургический имплант, который:
- вводится в сжатом виде,
- при достижении нужной температуры тела восстанавливает форму и фиксируется на месте.
Такие технологии уже есть на основе сплавов с памятью формы, но аэрогель может сделать их легче и безопаснее.
4. Умная изоляция и строительство
Аэрогель с памятью формы может использоваться в “живых” фасадах зданий, которые:
- при жаре раскрываются, пропуская воздух,
- при холоде сжимаются, удерживая тепло.
Это — шаг к адаптивным зданиям будущего.
5. Электроника и носимые устройства
В умных часах или экзоскелетах можно использовать такие материалы для гибких, самовосстанавливающихся корпусов или систем охлаждения.
Будущее: интеграция технологий
Сейчас в мире идёт синтез трёх направлений:
- аэрогели — лёгкие и пористые,
- материалы с памятью формы — умные и адаптивные,
- наноструктуры — прочные и упругие.
Когда эти технологии объединятся, появятся “живые” материалы, способные реагировать на температуру, свет или электричество — как живые ткани.
На сегодняшний день (2026 год)
- В России фокус на научных и космических применениях аэрогелей (Новосибирск, Красноярск, Дубна).
- В мире — активные разработки в США, Японии, Китае и ЕС, особенно в рамках проектов по умным материалам и бионике.
- Промышленное производство пока ограничено из-за сложности и стоимости, но лабораторные образцы уже демонстрируют фантастические свойства.
