Wolverine-inspirovaný materiál by mohl pomáhat robotům samoléčit

Anonim

Wolverine-inspirovaný materiál by mohl pomáhat robotům samoléčit

Materiály

Michael Irving

28. prosince 2016

3 obrázky

Výzkumníci vyvinuli nový iontový vodič, který se může plně samoléčit, s potenciálními aplikacemi v umělých svalech (Credit: University of California, Riverside)

Samoléčení je stále častější schopností ve světě nových materiálů, s širokou škálou gelů a polymerů, které potenciálně půjčují svůj talent elektronickým obvodům, barvám a dokonce i trupem kosmických lodí. Nyní vědci vyvinuli pružný a průhledný materiál, který může nejen opravit sám, ale působit jako iontový dirigent, který otevírá možnost samoléčebných umělých svalů.

Zřejmě inspirovaný Wolverine, postavou Marvel s urychlenými léčebnými schopnostmi, nový projekt staví na práci Harvardského týmu před několika lety. Tento tým, který zahrnoval Christoph Keplinger, jeden z autorů tohoto článku, vyvinul gumový, flexibilní reproduktor poháněný iontovými vodiči. Vedle přenosu elektrického náboje přes ionty namísto elektronů byly materiály průhledné a mohly se protáhnout až několikrát na původní délku bez ztráty funkce.

Ale samoléčba je novým trikem, který má provádět iontový vodič, protože elektrochemické reakce viděné při vedení by zpravidla oslabují vazby mezi molekulami samoléčebného polymeru. Vědci tvrdí, že jejich materiál je první iontový dirigent, který je průhledný, roztažitelný a samoléčivý.

"Vytvoření materiálu se všemi těmito vlastnostmi je po celé roky hádankou, " říká Chao Wang, další autor článku. "Udělali jsme to a nyní začínáme zkoumat aplikace."

Tým překonal nekompatibilitu samoléčebného a vodivého účinku využitím mechanismu známého jako interakce ion-dipól. Wang a tým používali polární polymer - což znamená, že jeho molekuly mají pozitivní i negativní náboj - a kombinovaly ho s vysoko iontovou silou, což umožňuje, aby materiál udržel své molekulární vazby, i když byl vystaven elektrochemickým reakcím.

Výsledkem je materiál, který se může prodloužit až na 50násobek jeho obvyklé velikosti a dokáže se zcela vyléčit do 24 hodin po jeho vyříznutí bez trvalého poškození nebo ztráty výkonu. Trvá to pouze pět minut, než se materiál opraví natolik, aby se protáhl přibližně na dvojnásobek své normální délky, a na rozdíl od některých jiných materiálů neprovádí žádnou vnější stimulaci k tomu, aby způsobil proces: přirozeně a účinně se stává při pokojové teplotě .

Poté tým podrobil zkoušku materiálu pomocí dielektrického elastomerového akčního členu nebo umělého svalu. Vyrobené z čiré, nevodivé membrány vložené mezi dvě vrstvy nového materiálu, tyto umělé svaly se pohybují reakcí na elektrické signály, stejně jako jejich přirozené protějšky. Vědci ukázali, že umělý sval může být zkrácen na dva kousky a vyléčen zpět do původního stavu, který působí stejně dobře jako před zraněním.

Spolu s napájením umělých svalů vědci věří, že jejich materiál, který je poměrně levný a snadno vyrobitelný, by mohl být využit k vybudování lepších biosenzorů pro lékařské a environmentální monitorování, delší životnosti baterií a dokonce samoléčebných robotů.

Výzkum byl publikován v časopise Advanced Materials .

Tým popisuje materiál ve videu níže.

Zdroj: Kalifornská univerzita, Riverside

Výzkumníci vyvinuli nový iontový vodič, který se může plně samoléčit, s potenciálními aplikacemi v umělých svalech (Credit: University of California, Riverside)

Nový materiál může dosáhnout až 50násobku původní délky (kredity: University of California, Riverside)

Tým využíval mechanismus známý jako interakce mezi ionty a dipólem, aby umožnil materiálu provádět ionty bez oslabení samovolných molekulárních vazeb (Credit: University of California, Riverside)