Електропровідний гідрогель замінив електроніку у м'яких роботах

Американські матеріалознавці показали новий матеріал для м'якої робототехніки, який вміє проводити струм, розтягуватися, не боїться висихання, а також може відновити форму. З нього вчені створили електронні компоненти для м'якого роборавлика, які відновилися навіть після розриву. Про свою розробку вчені розповіли у Nature Electronics.

Равлик, якого в дію приводить з'єднання на основі гідрогелю.  Yongyi Zhao et al. / Nature Electronics, 2023

Равлик, якого в дію приводить з'єднання на основі гідрогелю. Yongyi Zhao et al. / Nature Electronics, 2023

Чим займались науковці?

Захоплення інженерів м'якою робототехнікою легко пояснити: такі роботи набагато простіші у створенні, дешевші, а також менш вибагливі до умов навколишнього середовища. Зазвичай їх створюють з полімерів, силікону та інших піддатливих матеріалів, але досі проблемним лишається питання їхньої «начинки», що приводитиме робота в рух. Одним з рішень можуть стати гідрогелі, які є біосумісним та екологічним матеріалом, що характеризується високою гнучкістю та водночас стійкістю до деформацій і пошкодження.

У своїй роботі дослідники університету Карнегі-Меллон створили композитний матеріал на основі гідрогелю, який доповнює його механічні властивості електропровідністю та здатністю до самовідновлення. Створений желеподібний матеріал на основі полівінілового спирту з мікрочастинками срібла та галію витримує розтягування до 400 відсотків та достатню електропровідність, щоб забезпечити рух роборавлику, якого для демонстрації розробки створили вчені.

Гідрогель після відновлення. Yongyi Zhao et al. / Nature Electronics, 2023

Гідрогель після відновлення. Yongyi Zhao et al. / Nature Electronics, 2023

Як повзав равлик?

Всередині равлика знаходиться батарейка і мотор, що приводять його в рух зі швидкістю 4,19 міліметра на секунду. Після розриву провідника всередині робота, равлик значно уповільнився, однак завдяки самовідновлюваності матеріалу, повернув собі 68 відсотків початкової швидкості, коли гідрогелеві з'єднання сполучили назад. Самовідновність матеріалу забезпечують водневі зв'язки, а відновити електропровідність вдається завдяки частинкам срібла, що можуть зливатися.

Carnegie Mellon University

Раніше ми розповідали, як шведським вченим вдалося сформувати м'яку електроніку безпосередньо у тканинах живої рибки. Гелева суміш полімеризується у гнучкі й м'які полімерні електроди одразу після введення за допомогою ін'єкції.