Большинство мягких или эластичных материалов либо хорошо растягиваются, но легко рвутся, либо остаются прочными, но не способны к самовосстановлению и не реагируют на нагрузку. Новому гелю удалось объединить в одном материале одновременно прочность, способность к самовосстановлению и сенсорные свойства. Секрет — в продуманной молекулярной структуре.

Учёные использовали ротаксаны — кольцевые молекулы, скользящие вдоль стержней, соединенные в цепочки, которые могут расширяться и сжиматься, как пружины. К ним добавили флуоресцентный элемент DPAC, который меняет цвет, когда его подвижность ограничивается из-за растяжения или изгиба. Когда гель растягивается, его сцепленные молекулы, химически связанные в полиуретановый гель, смещаются. Это ограничивает движение DPAC и приводит к заметному изменению цвета — с оранжевого на синий под воздействием ультрафиолета.

Гель армирован нанокристаллами целлюлозы, которая способствует самовосстановлению, поскольку образует обратимые водородные связи по всей сетке. Так как скользящие молекулы встроены в структуру геля, их движение напрямую связано с его растяжением.

В лабораторных испытаниях гель показал удивительные свойства: его можно растянуть до 46 раз без повреждений (примерно 4600% деформации), а прочность материала составила 142 МДж/м³ — в 2,6 раза выше, чем у обычного геля без этих молекул. Изменение цвета позволяет визуально отслеживать распределение напряжения.

Материал демонстрирует двойной сенсорный эффект: цвет меняется как при деформации, так и при нагревании. При повреждении гель способен самовосстанавливаться при комнатной температуре за несколько часов, а при легком нагреве — ещё быстрее.

Гель может использоваться в носимых устройствах, в мягкой робототехнике, а также для создания искусственной кожи, биомедицинских имплантатов и устойчивой к повреждениям электроники.