En elastisk fiber fyldt med elektroder, der skal revolutionere smart tøj

EPFL har udviklet små fibre lavet af elastomer, der kan inkorporere materialer som elektroder og nanokompositpolymerer. Fibrene kan registrere selv det mindste tryk og belastning, og kan modstå deformation på tæt på 500 procent, før de genopretter deres oprindelige form, alt dette gør dem perfekte til applikationer i smart tøj og proteser, og til at skabe kunstige nerver til robotter.

Fibrene blev udviklet på EPFL's Laboratory of Photonic Materials and Fiber Devices (FIMAP), ledet af Fabien Sorin på Ingeniørhøjskolen. Forskerne fandt på en hurtig og nem metode til at indlejre mikrostrukturer i superelastiske fibre. For eksempel, ved at tilføje elektroder på strategiske steder, de forvandlede fibrene til ultrafølsomme sensorer. Hvad mere er, deres metode kan bruges til at producere hundredvis af meter fiber på kort tid. Deres forskning er netop blevet offentliggjort i Avancerede materialer .

For at lave deres fibre, forskerne brugte en termisk tegningsproces, som er standardprocessen for optisk fiberfremstilling. De startede med at oprette en makroskopisk præform med de forskellige fiberkomponenter arrangeret i et omhyggeligt designet 3D-mønster. De opvarmede derefter præformen og strakte den ud, som smeltet plast, at lave fibre med et par hundrede mikrometer i diameter. Og mens denne proces strakte komponentmønsteret i længderetningen, det fik det også på kryds og tværs, hvilket betyder, at komponenternes relative positioner forblev de samme. Slutresultatet var et sæt fibre med en ekstremt kompliceret mikroarkitektur og avancerede egenskaber.

Indtil nu, termisk tegning kunne bruges til kun at lave stive fibre. Men Sorin og hans team brugte det til at lave elastiske fibre. Ved hjælp af et nyt kriterium for valg af materialer, de var i stand til at identificere nogle termoplastiske elastomerer, der har en høj viskositet ved opvarmning. Efter at fibrene er trukket, de kan strækkes og deformeres, men de vender altid tilbage til deres oprindelige form.

Stive materialer som nanokompositpolymerer, metaller og termoplast kan indføres i fibrene, samt flydende metaller, der let kan deformeres. "For eksempel, vi kan tilføje tre strenge elektroder øverst på fibrene og en i bunden. Forskellige elektroder kommer i kontakt afhængigt af, hvordan trykket påføres fibrene. Dette vil få elektroderne til at transmittere et signal, som derefter kan læses for at bestemme præcis, hvilken type spænding fiberen udsættes for - såsom kompression eller forskydningsspænding, for eksempel, siger Sorin.

Kunstige nerver til robotter

Arbejder i samarbejde med professor Dr. Oliver Brock (Robotics and Biology Laboratory, Technical University of Berlin), forskerne integrerede deres fibre i robotfingre som kunstige nerver. Når fingrene rører ved noget, elektroder i fibrene transmitterer information om robotens taktile interaktion med dets omgivelser. Forskergruppen testede også at tilføje deres fibre til tøj med store masker for at opdage kompression og strækning. "Vores teknologi kunne bruges til at udvikle et touch -tastatur, der er integreret direkte i tøj, for eksempel "siger Sorin.

Forskerne ser mange andre potentielle anvendelser; termotegningsprocessen kan let tilpasses til storstilet produktion. Dette er et reelt plus for fremstillingssektoren. Tekstilsektoren har allerede udtrykt interesse for den nye teknologi, og der er indgivet patenter.