Wolverine-inspirerat material kan hjälpa robotar självhälsa

Anonim

Wolverine-inspirerat material kan hjälpa robotar självhälsa

material

Michael Irving

28 december 2016

3 bilder

Forskare har utvecklat ett nytt jonledare material som kan fullständigt självläka, med potentiella tillämpningar i artificiella muskler (Kredit: University of California, Riverside)

Självläkning är en allt vanligare förmåga i världen av nya material, med ett brett spektrum av geler och polymerer som potentiellt lånar ut sina talanger till elektroniska kretsar, målar och jämn rymdskeppsskrov. Nu har forskare utvecklat ett stretchigt, genomskinligt material som inte bara kan reparera sig utan fungerar som en jonledare och öppnar möjligheten för självhärdande konstgjorda muskler.

Uppenbarligen inspirerad av Wolverine, Marvel-karaktären med accelererade helande krafter, bygger det nya projektet på arbete av ett Harvard-team för några år sedan. Det laget, som inkluderade Christoph Keplinger, en av författarna till det aktuella papperet, utvecklade en gummiaktig, flexibel högtalare som drivs av jonledare. Förutom att kommunicera en elektrisk laddning genom joner istället för elektroner var materialet transparent och kunde sträcka sig till flera gånger sin ursprungliga längd utan att funktionen förlorades.

Men självläkning är ett nytt knep för en jonledare att utföra, eftersom elektrokemiska reaktioner som ses vid ledning normalt skulle försvaga bindningarna mellan molekylerna i en självläkande polymer. Forskarna hävdar att deras material är den första jonledaren som är transparent, stretchbar och självhälsande.

"Att skapa ett material med alla dessa egenskaper har varit ett pussel i flera år", säger Chao Wang, en annan författare till papperet. "Vi gjorde det och nu börjar vi bara utforska applikationerna. "

Laget överträffade inkompatibiliteten av självläkning och ledning genom att använda sig av en mekanism som kallas jon-dipol-interaktion. Wang och laget använde en polär polymer - vilket betyder att molekylerna har både en positiv och negativ laddning - och kombinerar den med ett högjoniskt salt, vilket gör det möjligt för materialet att bibehålla sina molekylära bindningar även under det att de utsätts för elektrokemiska reaktioner.

Resultatet är ett material som kan sträckas till 50 gånger sin vanliga storlek och kan helt läka sig själv inom 24 timmar efter att ha klippts, utan varaktig skada eller prestandaförlust. Det tar bara fem minuter för materialet att reparera sig tillräckligt för att sträckas till cirka två gånger sin normala längd och i motsats till andra material tar det ingen yttre stimulans för att utlösa processen: det sker naturligt och effektivt vid rumstemperatur .

Teamet lägger sedan materialet i provet i ett dielektriskt elastomermanövreringsorgan eller en artificiell muskel. De här konstgjorda musklerna består av ett tydligt, icke-ledande membran som är sandwichat mellan två lager av det nya materialet, genom att svara på elektriska signaler, precis som deras naturliga motsvarigheter. Som forskarna påvisade kan den konstgjorda muskeln skäras i två delar och läka tillbaka till sitt ursprungliga tillstånd, och utföra lika bra som det före skadan.

Tillsammans med att driva konstgjorda muskler tror forskarna att materialet, som är relativt billigt och enkelt att göra, skulle kunna användas för att bygga bättre biosensorer för medicinsk och miljöövervakning, längre levande batterier och till och med självläkande robotar.

Forskningen publicerades i tidskriften Advanced Materials .

Teamet beskriver materialet i videon nedan.

Källa: University of California, Riverside

Forskare har utvecklat ett nytt jonledare material som kan fullständigt självläka, med potentiella tillämpningar i artificiella muskler (Kredit: University of California, Riverside)

Det nya materialet kan sträcka upp till 50 gånger sin ursprungliga längd (Kredit: University of California, Riverside)

Teamet utnyttjade en mekanism som kallas jon-dipol interaktion för att tillåta materialet att leda joner utan att försvaga de självhärdande molekylära bindningarna (Kredit: University of California, Riverside)