Новости науки. Командой учёных создана прозрачная электронная кожа, которая восстанавливает себя как во влажных, так и в сухих условиях. Ученые Национального университета Сингапура (NUS) черпали вдохновение от подводных беспозвоночных, таких как медузы, чтобы создать электронную кожу с похожей функциональностью.
Как и у медузы, электронная кожа прозрачна, растягивается, чувствительна к прикосновениям и самовосстанавливается в водной среде. Её можно использовать в разных устройствах, от водостойких сенсорных экранов до мягких водных роботов.
Команда, возглавляемая Бенджамином Ти из Отдела материаловедения и инженерных наук NUS , работала с сотрудниками Университета Цинхуа и Университета Калифорнии в Риверсайде. Они потратили чуть более года на разработку нового материала. Изобретение было представлено в качестве обложки журнала Nature Electronics 15 февраля 2019 года.
Сложности в создании электронной кожи
Бенджамин Ти 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 к выявлению ключевых препятствий в этой сфере.
«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 устройств, таких как сенсорные экраны, которые часто необходимо использовать при влажных погодных условиях».
Ти продолжил: «Имея в виду эту идею, мы начали смотреть на медуз — они прозрачны и способны ощущать влажную среду. Поэтому нам было интересно, как мы могли бы создать искусственный материал, который мог бы имитировать водостойкую природу медуз и при этом быть чувствительным к прикосновениям».
Учёные 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.
Развивая преимущества этой конфигурации, Бенджамин Ти пояснил:
«Большинство проводящих полимерных гелей, таких как гидрогели, будут набухать при погружении в воду или высыхать со временем на воздухе. Наш материал отличается тем, 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».
Использование электронной оболочки
Новый материал можно создавать с помощью 3D-печати, что создаёт потенциал в создании полностью прозрачных печатных плат, которые могут быть использованы в роботизированных устройствах. Электронная кожа может быть использована для разработки различных элементов в новых типах мягких роботов.
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 обычному использованию мягких роботов, эта водостойкая технология нового материала позволяет создавать роботов-амфибий и водостойкую электронику.
Еще одним преимуществом самовосстанавливающейся электронной кожи является ее потенциал по сокращению отходов. Профессор Ти объяснил:
«Ежегодно во всем мире генерируются миллионы тонн электронных отходов от таких устройств, как сломанные мобильные телефоны или планшеты. Мы надеемся создать будущее, в котором электронные устройства, изготовленные из интеллектуальных материалов, смогут выполнять функции самовосстановления, чтобы уменьшить количество электронных отходов в мире».
Заглядывая вперед, Бенджамин Ти и его команда надеются изучить дальнейшие возможности этого материала. Он отметил:
«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».
Об обратной стороне вектора развития подобных технологий учёные конечно не будут рассказывать. Создание материалов имитирующих и замещающих функционал живых организмов расширяет возможности роботов и электронных механизмов. В итоге не окажется ли сам человек лишь незначительным элементом в производственной цепочке, которой станут управлять роботы?
