Группа химиков и инженеров Станфордского Университета под руководством профессора Чженань Бао, разработала первый синтетический материал, чувствительный к прикосновениям и способный к быстрому и неоднократному самовосстанавлению при комнатной температуре в случае возникновения повреждения или пореза.
Данное изобретение может стать первым шагом к более высокотехнологичным протезам или гибким персональным электронным устройствам, которые будут восстанавливаться сами собой или же к более чувствительным мягким роботам (таким как «Франкеноктопус»).
Наша кожа не только чувствительна и посылает в мозг точную информацию о давлении и температуре, но также обладает электропроводностью и способностью к эффективному самовосстановлению, обеспечивая защиту от внешних факторов. Основной задачей было объединить все эти функции при создании однородного синтетического материала.
«За последнее десятилетие, наука значительно продвинулась в создании синтетической кожи», заявила Бао, но даже самые удачные материалы имели существенные недостатки. Некоторые из них «работали» только при высоких температурах, из-за чего становились непригодными для ежедневного использования.
Другим было достаточно комнатной температуры, но восстановление приводило к изменению механической и химической структуры, а потому такая функция могла выполняться всего один раз. Более важным фактом является то, что ни один из образцов не проводил электричество - обязательное условие для взаимодействия с компьютерами.
Как это работает
Учёные начали с того, что взяли пластик, состоящий из длинных цепочек молекул, соединённых водородными связями – благодаря им между положительно заряженной областью одного атома и отрицательно заряженной областью другого атома существует довольно слабое притяжение.
« Именно эти динамические связи и позволяют материалу регенирироваться» ,как заявляет Чао Ванг, член исследовательской группы.
Молекулы легко распадаются, однако затем по мере воссоединения, связи реорганизуются, и структура материала становится прежней. В результате получается гибкий материал, который даже при комнатной температуре напоминает слегка замёрзшую ириску, как говорит Чао Ванг.
К этому гибкому полимеру учёные добавили крохотные частички никеля, которые усилили его механическую прочность. Поверхности никелевых частичек грубая и шероховатая, а это крайне важно для электрической проводимости. Ти сравнивает эти поверхности с «мини мачето», каждый выступающий край которых концентрирует электрическое поле, что облегчает течение тока от одной частички к другой.
В результате получился полимер с необычными характеристиками. «Большинство пластиковых полимеров – отличные изоляторы, однако этот является великолепным проводником», утверждает Бао.
Следующий шаг должен позволить понять, насколько хорошо материал после повреждения может восстановить свою механическую прочность и электропроводность.
Исследователи срезали тонкую полоску материала, которую разрезали скальпелем на две части. Затем обе половины прижали друг к другу на несколько секунд, после чего обнаружили, что изначальная прочность и электропроводность материала восстановились на 75%. Спустя полчаса этот показатель составил 100 % , тогда как для восстановления кожи человека потребовалось бы несколько дней.
Более того, даже после 50 «порезов» образец восстанавливает изначальную эластичность и прочность, а также чувствительность к давлению.
Композитная природа материала, созданного учёными, стала основным предметом изучения.
Бао и её соавторы поняли, что несмотря на то, что никель был ключевым элементом в создании прочного и обладающего хорошей проводимостью, материала, он также являлся основой в процессе самовосстановления, не позволяя водородным связям заново восстановиться.
Для материала будущих поколений, уточняет Бао, они изменили бы размер и форму наночастиц, или даже химические свойства полимера.
Тем не менее, Ванг заявил, что эти свойства действительно удивительны: «До проведения исследований, было бы достаточно сложно представить, что этот вид пластичного материала, являющегося хорошим проводником, обладает способностью к самовосстановлению».
Чувствительная к прикосновению
Группа исследователей также выяснила, как использовать материал в качестве сенсора. Скручивание синтетической кожи или надавливание на неё изменяет расстояние между наночастицами никеля, и соответственно облегчает движение электронов. Эти едва заметные изменения электрического сопротивления могут быть преобразованы в информацию о давлении, оказываемом на кожу, и её растяжении.
Данный материал является достаточно чувствительным, чтобы распознать давление, оказываемое рукопожатием, поэтому его можно было бы идеально использовать в протезировании. Материал чувствителен не только к давлению, но также к сгибанию, поэтому, однажды протез конечности сможет передавать степень изгиба связки.
Помимо этого, покрытие этим материалом электрических приборов и проводов придаст им способность самовосстанавливаться и возобновлять поток электричества без дорогостоящих и сложных ремонтных работ, в особенности в труднодоступных местах, например, внутри стен или транспортных средств и самолётов.
Целью группы является также создание эластичного и прозрачного материала, которым можно было бы покрывать электронные устройства или экраны дисплеев.
http://www.kurzweilai.net/a-touch-sensitive-conductive-plastic-skin-that-heals-itself
Данное изобретение может стать первым шагом к более высокотехнологичным протезам или гибким персональным электронным устройствам, которые будут восстанавливаться сами собой или же к более чувствительным мягким роботам (таким как «Франкеноктопус»).
Наша кожа не только чувствительна и посылает в мозг точную информацию о давлении и температуре, но также обладает электропроводностью и способностью к эффективному самовосстановлению, обеспечивая защиту от внешних факторов. Основной задачей было объединить все эти функции при создании однородного синтетического материала.
«За последнее десятилетие, наука значительно продвинулась в создании синтетической кожи», заявила Бао, но даже самые удачные материалы имели существенные недостатки. Некоторые из них «работали» только при высоких температурах, из-за чего становились непригодными для ежедневного использования.
Другим было достаточно комнатной температуры, но восстановление приводило к изменению механической и химической структуры, а потому такая функция могла выполняться всего один раз. Более важным фактом является то, что ни один из образцов не проводил электричество - обязательное условие для взаимодействия с компьютерами.
Как это работает
Учёные начали с того, что взяли пластик, состоящий из длинных цепочек молекул, соединённых водородными связями – благодаря им между положительно заряженной областью одного атома и отрицательно заряженной областью другого атома существует довольно слабое притяжение.
« Именно эти динамические связи и позволяют материалу регенирироваться» ,как заявляет Чао Ванг, член исследовательской группы.
Молекулы легко распадаются, однако затем по мере воссоединения, связи реорганизуются, и структура материала становится прежней. В результате получается гибкий материал, который даже при комнатной температуре напоминает слегка замёрзшую ириску, как говорит Чао Ванг.
К этому гибкому полимеру учёные добавили крохотные частички никеля, которые усилили его механическую прочность. Поверхности никелевых частичек грубая и шероховатая, а это крайне важно для электрической проводимости. Ти сравнивает эти поверхности с «мини мачето», каждый выступающий край которых концентрирует электрическое поле, что облегчает течение тока от одной частички к другой.
В результате получился полимер с необычными характеристиками. «Большинство пластиковых полимеров – отличные изоляторы, однако этот является великолепным проводником», утверждает Бао.
Следующий шаг должен позволить понять, насколько хорошо материал после повреждения может восстановить свою механическую прочность и электропроводность.
Исследователи срезали тонкую полоску материала, которую разрезали скальпелем на две части. Затем обе половины прижали друг к другу на несколько секунд, после чего обнаружили, что изначальная прочность и электропроводность материала восстановились на 75%. Спустя полчаса этот показатель составил 100 % , тогда как для восстановления кожи человека потребовалось бы несколько дней.
Более того, даже после 50 «порезов» образец восстанавливает изначальную эластичность и прочность, а также чувствительность к давлению.
Композитная природа материала, созданного учёными, стала основным предметом изучения.
Бао и её соавторы поняли, что несмотря на то, что никель был ключевым элементом в создании прочного и обладающего хорошей проводимостью, материала, он также являлся основой в процессе самовосстановления, не позволяя водородным связям заново восстановиться.
Для материала будущих поколений, уточняет Бао, они изменили бы размер и форму наночастиц, или даже химические свойства полимера.
Тем не менее, Ванг заявил, что эти свойства действительно удивительны: «До проведения исследований, было бы достаточно сложно представить, что этот вид пластичного материала, являющегося хорошим проводником, обладает способностью к самовосстановлению».
Чувствительная к прикосновению
Группа исследователей также выяснила, как использовать материал в качестве сенсора. Скручивание синтетической кожи или надавливание на неё изменяет расстояние между наночастицами никеля, и соответственно облегчает движение электронов. Эти едва заметные изменения электрического сопротивления могут быть преобразованы в информацию о давлении, оказываемом на кожу, и её растяжении.
Данный материал является достаточно чувствительным, чтобы распознать давление, оказываемое рукопожатием, поэтому его можно было бы идеально использовать в протезировании. Материал чувствителен не только к давлению, но также к сгибанию, поэтому, однажды протез конечности сможет передавать степень изгиба связки.
Помимо этого, покрытие этим материалом электрических приборов и проводов придаст им способность самовосстанавливаться и возобновлять поток электричества без дорогостоящих и сложных ремонтных работ, в особенности в труднодоступных местах, например, внутри стен или транспортных средств и самолётов.
Целью группы является также создание эластичного и прозрачного материала, которым можно было бы покрывать электронные устройства или экраны дисплеев.
http://www.kurzweilai.net/a-touch-sensitive-conductive-plastic-skin-that-heals-itself
Комментарии (0)