В области робототехники металлы обладают множеством преимуществ — прочность, долговечность и электропроводность. Но они тяжелые и жесткие, а эти свойства не подходят для создания мягких и гибких систем для носимых компьютеров и человеко-машинных интерфейсов.
С другой стороны, гидрогели легкие, растяжимые и биосовместимые, что делает их отличными материалами для изготовления контактных линз и каркасов тканевой инженерии. Однако они плохо проводят электричество, которое необходимо для цифровых схем и приложений биоэлектроники.
Исследователи из лаборатории Soft Machines университета Карнеги-Меллона создали уникальный композит серебро-гидрогель, который обладает высокой электропроводностью и способен пропускать постоянный ток. При этом он сохраняет податливость и деформируемость.
Команда поместила серебряные хлопья микрометрового размера в полиакриламидно-альгинатную гидрогелевую матрицу. Пройдя через процесс частичной дегидратации, хлопья образовали перколяционные сети. Они обладали электропроводными свойствами и стали устойчивыми к механическим деформациям. Управляя процессом обезвоживания и гидратации, инженеры заставили хлопья слипаться или разламываться, образуя обратимые электрические соединения.
Предыдущие попытки объединить металлы и гидрогели приводили к компромиссу между улучшенной электропроводностью и пониженной податливостью и деформируемостью. Инженеры стремились решить эту проблему, опираясь на свой опыт в разработке растяжимых проводящих эластомеров с жидким металлом.
«Обладая высокой электропроводностью и высокой эластичностью, этот новый композит может найти множество применений в биоэлектронике и не только, — объяснил Кармель Маджиди, профессор машиностроения и автор исследования. — Например, можно создать наклейку для мозга с датчиками для обработки сигналов, носимое устройство для выработки энергии для силовой электроники и растягиваемые дисплеи».
Композитное серебро-гидрогель можно напечатать стандартными методами, такими как трафаретная литография. Она похожа на трафаретную печать. Исследователи использовали эту технику для разработки кожных электродов для нервно-мышечной электростимуляции. По словам Маджиди, композит может покрывать большую площадь человеческого тела, «как второй слой нервной ткани на коже».
В будущем композит пригодится при лечении мышечных расстройств и двигательных нарушений, например, пациентам с болезнью Паркинсона или после инсульта.
Читать далее
Уран получил статус самой странной планеты в Солнечной системе. Почему?
Физики создали аналог черной дыры и подтвердили теорию Хокинга. К чему это приведет?
Аборты и наука: что будет с детьми, которых родят
Электропроводность (электрическая проводимость, проводимость) — способность тела (среды) проводить электрический ток, свойство тела или среды, определяющее возникновение в них электрического тока под воздействием электрического поля. Также физическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению.