Fremstilling af mekanisk hud

Blød, strækbare materialer, der også er elektrisk ledende, er svære at få fat i. Det er endnu sværere at skabe et kredsløb, der modstår skader, går så langt som til at helbrede sig selv. For forskere fra Carnegie Mellon University, imidlertid, denne slags innovationer er bare endnu en dag på kontoret.

I to nyligt udgivne artikler, hold af CMU-forskere gjorde fremskridt inden for bærbar elektronik og andre bløde maskiner. Carmel Majidi's Soft Machines Lab (SML) har længe arbejdet på dette område, og disse to papirer afspejler det.

Tidligere i 2018, Majidi, en lektor i maskinteknik, og hans team skabte et kredsløb, der var i stand til elektrisk at helbrede sig selv - det vil sige det kunne fortsætte med at fungere, selv efter at hovedstierne var blevet skåret eller beskadiget. Nu, de har skabt et materiale lavet af flydende metal, der også er i stand til fysisk at reparere skader. Når to stykker elektriske flydende metalkompositter placeres sammen, de kan smelte sammen på samme måde, som huden heler efter et snit. Denne innovation gør det muligt for kredsløb at modstå mere skade, fordi de simpelthen kan reparere det.

SML opnåede disse fremskridt ved hjælp af et flydende metal lavet af en gallium- og indiumlegering. Dette metal er sikrere end andre flydende metaller som kviksølv, siger forfattere. Disse opdagelser gør det muligt at udvide teknologien til andre polymerer, herunder geler. Dette udvider rækkevidden – og effekten – af deres forskning. Faktisk, kredsløb fremstillet med flydende metaller kan slettes og tegnes igen, gør dem meget tilpasningsdygtige.

Disse nye materialer kan også 3-D printes. Sarah Bergbreiter, professor i maskinteknik, arbejdet sammen med Majidi og SML om at printe disse materialer ved hjælp af en ny fremstillingsproces. Oprettelse af 3-D strukturer af disse selvhelbredende og genskrivbare kredsløb vil i vid udstrækning udvide rækken af ​​applikationer.

En sådan anvendelse er energihøst. Energi kan genereres ved hjælp af elektricitet fra kontakt mellem to overflader. Forestille, for eksempel, elektriciteten, der får dit hår til at rejse sig, når du gnider en ballon mod det. Det samme princip kan anvendes på bærbar elektronik, giver dem mulighed for at høste energi fra menneskelig bevægelse.

Selvom det teoretiske grundlag er der, det er første gang nogen har været i stand til at få det til at fungere ved hjælp af kompositten. Hvad mere er, flydende metaller er stærkt ledende, så de nemt kan producere store mængder energi. Og, fordi elektronikken er blød og strækbar, de kan let integreres i tøj.

Da Majidis team tilføjede materialet til et par sports shorts, de var i stand til at høste nok energi fra bærerens bevægelser til at drive en hygrotermometersensor med digitalt display (en lille bærbar computerenhed).

Anvendelser af denne forskning er vidtrækkende. Forfattere siger, at dets anvendelser kunne omfatte bio-inspireret robotik, menneske-maskine interaktion, bærbar computer, og solceller. Disse bløde robotter vil være meget tilpasningsdygtige og holdbare, giver mulighed for en bred vifte af applikationer.

Papiret, med titlen "Kontrolleret samling af indeslutninger af flydende metal som en generel tilgang til multifunktionelle kompositter, " blev offentliggjort i Avancerede materialer .