Ученые создали органогель, который обладает высокой электропроводностью, быстро самовосстанавливается на 95%, хорошо растягивается и является биосовместимым. Вместо воды в органогеле исследователи использовали спирт, что предотвращало его высыхание. Это первый гель, который за счет своей электропроводимости может использоваться в электронике. Авторы применили композит в качестве мягкого соединения в электрической цепи мягкого робота — биоэлектрода, измеряющего активность мышц, а также в качестве строительного блока, который можно присоединять и отсоединять для построения разных электрических цепей. Таким образом, полученные данные потенциально могут использоваться в мягкой робототехнике, здравоохранении и в мягкой электронике. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Electronics.
Мягкие, эластичные материалы могут использоваться в мягкой робототехнике, электронике и медицинских устройствах, где требуются механические свойства, соответствующие свойствам натуральной биологической ткани. Эти материалы являются самовосстанавливающимися, то есть они используют спонтанные межмолекулярные силы для восстановления после разрыва, передавливания или перенапряжения. Гидрогели являются основными кандидатами на развитие этих материалов, так как хорошо растягиваются, быстро самовосстанавливаются, перерабатываются и являются биосовместимыми. Однако гидрогели обладают низкой электропроводностью, что препятствует их применению в электронике.
Теперь американские и португальские ученые разработали электропроводный органогель. Композит состоял из нетоксичной, биосовместимой и самовосстанавливающейся основы. В нее ученые встраивали частицы серебра и микрокапли жидкого металла на основе галлия. Эта конструкция обладала высокой электропроводностью, которая всего в 1,8 раза меньше электропроводности графита, что достаточно для использования в электронике. Композит также хорошо растягивался из-за высокого содержания жидкости и был весьма гибким. После повреждения материал восстанавливался на 96% своего первоначального предела деформации и на 95% своей первоначальной электропроводности. При этом вместо воды авторы использовали спирт, который предотвратил высыхание материала. Чтобы показать области применения нового органогеля, исследователи использовали его в качестве соединения между батареей и двигателем ползающего мягкого робота и в качестве биоэлектрода, а также устанавливали материал в цепи игрушечной машинки.
Сначала ученые создали автономного улиткоподобного ползающего робота, электродвигатель и батарея которого встраивались в мягкую оболочку. Двигатель подключался к батарее с помощью нового материала. Авторы частично его повредили, а потом восстановили вручную. Скорость улитки, сначала снизившаяся более чем на 50%, восстановилась на 68% своей первоначальной скорости.
Также исследователи показали, что их органогель можно перестраивать. В игрушечной машинке материал использовался для подачи тока к двигателю. Авторы разъединили проводящую полосу на три части. Центральную они подключили к светодиоду на крыше, а остальные куски соединили между собой. Фонарик загорелся, а машинка продолжила движение. Следовательно, материал может использоваться в качестве электропроводящей части конструкции. «На практике будут случаи, когда вы захотите повторно использовать и перерабатывать эту гелеобразную электронику в различные конфигурации, и наша демонстрация с помощью игрушечных автомобилей показывает, что это возможно», — рассказывают авторы исследования.
В заключение ученые использовали материал в качестве биоэлектрода, измеряющего электрическую активность в мышцах. Авторы изменяли размер и форму материала для адаптации к разным участкам тела и получили точные показания активности мышц предплечья и икр. Таким образом, полученный материал потенциально может использоваться в мягкой робототехнике и электронике, а также применяться в медицинских обследованиях.
В сопроводительном видео ученые показали свои эксперименты.
«Это первый мягкий материал, который может поддерживать достаточно высокую электропроводность для поддержки цифровой электроники и энергопотребляющих устройств. Мы продемонстрировали, что с его помощью вы действительно можете приводить в действие двигатели. Кроме того, было бы интересно увидеть роботов с мягким корпусом, используемых для мониторинга труднодоступных мест. Будь то улитка, которая может контролировать качество воды, или слизняк, который может ползать по нашим домам в поисках плесени», — дополняют исследователи.
Автор: Анна Дегтярь.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
