Инженеры Университета Карнеги-Меллона разработали мягкий материал с металлической проводимостью и свойствами самовосстановления, который является первым материалом, обеспечивающим достаточную электрическую адгезию для поддержки цифровой электроники и двигателей. Это достижение, опубликованное в журнале Nature Electronics , знаменует собой прорыв в софтботике, робототехнике, электронике и медицине.
В Университете Карнеги-Меллона софтботика представляет новое поколение мягких машин и роботов, изготовленных из многофункциональных материалов с интегрированными датчиками, приводами и интеллектом.
Исследовательская группа представила материал, наполненный жидким металлом органогельный композит с высокой электропроводностью , низкой жесткостью, высокой растяжимостью и свойствами самовосстановления в трех областях применения:
- устойчивый к повреждениям робот, похожий на улитку
- модульная схема для питания игрушечной машины
- реконфигурируемый биоэлектрод для измерения мышечной активности в разных частях тела
«Это первый мягкий материал , который может поддерживать достаточно высокую электрическую адгезию для поддержки цифровой электроники и энергоемких устройств», — сказал ведущий автор Кармель Маджиди, профессор машиностроения. «Мы продемонстрировали, что с его помощью можно на самом деле приводить в действие двигатели».
Полностью отвязанный робот-улитка использовал самовосстанавливающийся проводящий материал на своей мягкой поверхности, в которую были встроены батарея и электродвигатель для управления движением. Во время демонстрации команда разрезала проводящий материал и наблюдала, как его скорость упала более чем на 50%. Благодаря своим свойствам самовосстановления, когда материал был повторно подключен вручную, робот восстановил электрическое соединение и восстановил 68% своей первоначальной скорости.
Этот материал также может выступать в качестве модульного строительного блока для реконфигурируемых схем. В их демонстрации один кусок геля первоначально соединил игрушечную машинку с мотором. Когда команда разделила этот гель на три части и соединила одну часть со светодиодом на крыше, они смогли восстановить соединение автомобиля с двигателем, используя две оставшиеся части.
«На практике будут случаи, когда вы захотите повторно использовать и перерабатывать эту гелеобразную электронику в различных конфигурациях, и наша демонстрация игрушечного автомобиля показывает, что это возможно», — пояснил Маджиди.
Наконец, команда продемонстрировала способность материала изменять конфигурацию для получения показаний электромиографии (ЭМГ) из разных мест на теле. Благодаря своей модульной конструкции органогель можно переоборудовать для измерения активности рук на передних мышцах предплечья и задней части ноги для измерения активности икр. Это открывает двери для тканеэлектронных интерфейсов, таких как ЭМГ и ЭКГ, с использованием мягких многоразовых материалов.
«Софтботика — это плавная интеграция робототехники в повседневную жизнь, в центре которой — человек», — пояснил Маджиди. «Вместо того, чтобы быть подключенным к электродам биомониторинга, соединяющим пациентов с оборудованием для биометрических измерений, установленным на тележке, наш гель можно использовать в качестве биоэлектрода, который напрямую взаимодействует с установленной на теле электроникой, которая может собирать информацию и передавать ее по беспроводной сети».
Двигаясь вперед, Маджиди надеется объединить эту работу над искусственной нервной тканью со своим исследованием искусственных мышц для создания роботов, полностью сделанных из мягких гелеобразных материалов.
«Было бы интересно увидеть роботов с мягким телом, используемых для наблюдения за труднодоступными местами. Будь то улитка, которая может следить за качеством воды, или слизняк, который может ползать по нашим домам в поисках плесени».
