Электронная кожа, как и медуза, прозрачна, растягивается, чувствительна к прикосновениям и самовосстанавливается в водной среде, и ее можно использовать во всем, от водонепроницаемых сенсорных экранов до водных мягких роботов.
Доцент Бенджамин Ти и его команда из отдела материаловедения и инженерии инженерного факультета NUS разработали материал вместе с сотрудниками из Университета Цинхуа и Калифорнийского университета в Риверсайде.
Команда из восьми исследователей потратила чуть больше года на разработку материала, и об его изобретении впервые было сообщено в журнале Nature Electronics 15 февраля 2019 года.
Прозрачные и водонепроницаемые самовосстанавливающиеся материалы для широкого спектра применений
Асст Проф Ти много лет работал над электронными скинами и был частью команды, которая в 2012 году разработала первые в истории самовосстанавливающиеся электронные датчики кожи.
Его опыт в этой области исследований позволил ему определить ключевые препятствия, которые самовосстанавливающиеся электронные скины еще не преодолели. «Одна из проблем со многими самовосстанавливающимися материалами сегодня заключается в том, что они непрозрачны 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 в влажных погодных условиях."
Он продолжил: «Помня об этой идее, мы начали смотреть на медуз – они прозрачны и способны чувствовать влажную среду. Итак, мы задались вопросом, как сделать искусственный материал, который имитировал водостойкость медуз и при этом был чувствительным к прикосновениям."
Они преуспели в этом стремлении, создав гель, состоящий из полимера на основе фторуглерода с богатой фтором ионной жидкостью. В сочетании полимерная сетка взаимодействует с ионной жидкостью посредством сильно обратимых ион-дипольных взаимодействий, что позволяет ей самовосстановиться.
Говоря о преимуществах этой конфигурации, Асст Проф Ти пояснил: «Большинство проводящих полимерных гелей, таких как гидрогели, набухают при погружении в воду или высыхают со временем на воздухе. Что отличает наш материал, так это то, что он может сохранять свою форму как во влажной, так и в сухой среде. Он хорошо работает в морской воде и даже в кислой или щелочной среде."
Новое поколение мягких роботов
Электронная оболочка создается путем печати нового материала в электронных схемах. Поскольку это мягкий и растяжимый материал, его электрические свойства изменяются при прикосновении, нажатии или растяжении. «Затем мы можем измерить это изменение и преобразовать его в читаемые электрические сигналы, чтобы создать широкий спектр различных сенсорных приложений», – добавил Асст Проф Ти.
«Возможность 3D-печати нашего материала также показывает потенциал в создании полностью прозрачных печатных плат, которые можно было бы использовать в робототехнических приложениях.
Мы надеемся, что этот материал может быть использован для разработки различных приложений в новых типах мягких роботов », – добавил Асст Проф Ти, который также является сотрудником Департамента электротехники и вычислительной техники NUS и Биомедицинского института исследований и технологий в области глобального 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 применениям мягких роботов, водонепроницаемая технология этого нового материала позволяет создавать роботов-амфибий и водонепроницаемую электронику.
Еще одно преимущество этой самовосстанавливающейся электронной оболочки – это возможность сократить количество отходов.
Ассист проф. Ти объяснил: «Миллионы тонн электронных отходов из сломанных мобильных телефонов, планшетов и т. Д. генерируются во всем мире каждый год.
Мы надеемся создать будущее, в котором электронные устройства, изготовленные из интеллектуальных материалов, смогут выполнять функции самовосстановления, чтобы сократить количество электронных отходов в мире."
Следующие шаги
Профессор Ти 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 между человеком и машиной."