Создана водостойкая электронная кожа с самовосстанавливающимися способностями

Подобный коже материал является проводящим, прозрачным и может восстанавливаться как на воздухе, так и при погружении в воду.

Вдохновленные медузами, исследователи создали электронную кожу, которая будет прозрачной, растягивающейся, чувствительной к прикосновениям, и восстанавливает себя как во влажных, так и в сухих условиях. Новый материал имеет широкое применение, от водостойких сенсорных экранов до мягких роботов, предназначенных для имитации биологических тканей.

Команда ученых из Национального университета Сингапура (NUS) черпала вдохновение у подводных беспозвоночных, таких как медузы, для создания электронной кожи с похожей функциональностью.

Как и медуза, электронная оболочка прозрачна, растягивается, чувствительна к прикосновениям и самовосстанавливающаяся в водной среде, и может использоваться во всем – от водостойких сенсорных экранов до мягких водных роботов.

Доцент Бенджамин Ти и его команда из Департамента материаловедения и инженерии инженерного факультета NUS разработали материал вместе с сотрудниками Университета Цинхуа и Университета Калифорнии Риверсайд.

Команда из восьми исследователей потратила чуть более года на разработку материала, и о его изобретении впервые было сообщено в журнале Nature Electronics 15 февраля 2019 года.

Прозрачные и водостойкие самовосстанавливающиеся материалы для широкого применения

Asst Prof Tee много лет работал над электронными оболочками и был частью команды, которая в 2012 году разработала первые в мире самовосстанавливающиеся электронные датчики кожи.

Его опыт в этой области исследований привел его к выявлению ключевых препятствий, которые самовосстанавливающиеся электронные скины еще предстоит преодолеть. «Одна из проблем со многими самовосстанавливающимися материалами сегодня заключается в том, что они не прозрачны и не работают эффективно во влажном состоянии», – сказал он. «Эти недостатки делают их менее полезными для электронных приложений, таких как сенсорные экраны, которые часто необходимо использовать при влажных погодных условиях».

Он продолжил: «Имея в виду эту идею, мы начали смотреть на медуз – они прозрачны и способны ощущать влажную среду. Поэтому мы задались вопросом, как мы могли бы сделать искусственный материал, который мог бы имитировать водостойкую природу медузы и все же также быть чувствительным к прикосновению».

Они преуспели в этом начинании, создав гель, состоящий из полимера на основе фторуглерода с обогащенной фтором ионной жидкостью. При объединении полимерная сеть взаимодействует с ионной жидкостью посредством высоко обратимых ион-дипольных взаимодействий, что позволяет ей самовосстанавливаться.

Рассуждая о преимуществах этой конфигурации, Asst Prof Tee пояснил: «Большинство проводящих полимерных гелей, таких как гидрогели, набухают при погружении в воду или высыхают со временем на воздухе. Что делает наш материал отличным, так это то, что он может сохранять свою форму как во влажном состоянии. и в сухих условиях. Хорошо работает в морской воде и даже в кислой или щелочной среде».

Следующее поколение мягких роботов

Электронная кожа создается путем печати нового материала в электронных схемах. Как мягкий и растягивающийся материал, его электрические свойства изменяются при прикосновении, нажатии или деформации. «Затем мы можем измерить это изменение и преобразовать его в удобочитаемые электрические сигналы, чтобы создать широкий спектр различных применений датчиков», – добавил Асст Проф Ти.

«3D-печать нашего материала также показывает потенциал в создании полностью прозрачных печатных плат, которые могут быть использованы в роботизированных приложениях. Мы надеемся, что этот материал может быть использован для разработки различных приложений в появляющихся типах мягких роботов», – добавил Аст Проф Ти, который также из Департамента электротехники и вычислительной техники NUS и Биомедицинского института глобальных исследований и технологий здравоохранения (BIGHEART) в NUS.

Мягкие роботы и мягкая электроника в целом стремятся имитировать биологические ткани, чтобы сделать их более механически совместимыми для взаимодействия человека с машиной. В дополнение к обычным приложениям для мягких роботов, водонепроницаемая технология этого нового материала позволяет создавать роботов-амфибий и водостойкую электронику.

Еще одним преимуществом этой самовосстанавливающейся электронной кожи является ее потенциал по сокращению отходов. Как объяснил профессор Ти: «Миллионы тонн электронных отходов от сломанных мобильных телефонов, планшетов и т. д. образуются ежегодно во всем мире. Мы надеемся создать будущее, в котором электронные устройства, изготовленные из интеллектуальных материалов, смогут выполнять функции самовосстановления, чтобы уменьшить количество электронных отходов в мире».

Следующие шаги

Asst Prof Tee и его команда продолжат свои исследования и надеются изучить дальнейшие возможности этого материала в будущем. Он сказал: «В настоящее время мы используем комплексные свойства материала для создания новых оптоэлектронных устройств, которые могут быть использованы во многих новых интерфейсах связи человека с машиной».

Источник: www.sciencedaily.com