Naukowcy stworzą skórę dla robotów?

Japońscy naukowcy stworzyli materiał o niezwykłych właściwościach fizycznych

Aktualizacja: 17.05.2017 20:35 Publikacja: 16.05.2017 18:26

Materiał przewodzący można drukować na tkaninie, kauczuku i innych powierzchniach.

Materiał przewodzący można drukować na tkaninie, kauczuku i innych powierzchniach.

Foto: materiały prasowe

W niedalekiej przyszłości elektronika monitorująca zdrowie będzie mogła się stać elementem ubioru. Nadrukowana na tkaninach i miękkich tworzywach zintegruje się z każdym obszarem życia. Do tej pory barierą trudną do pokonania była kruchość materiałów przewodzących. Nie wytrzymywały rozciągania i nadmiernych nacisków.

Naukowcy z Graduate School of Engineering na Uniwersytecie w Tokio opracowali elastyczny przewodzący materiał zachowujący wysoką przewodność nawet wtedy, gdy jest pięciokrotnie rozciągany. Nowy materiał, o konsystencji pasty, może być nadrukowany w postaci wzorów na tkaninach i powierzchniach gumowych, takich jak rozciągliwe okablowanie urządzeń zawierających czujniki.

Odkrycie inspiruje do rozwoju jeszcze innej gałęzi elektroniki – można będzie stworzyć powłokę naśladującą funkcje ludzkiej skóry. To otwiera nowe możliwości dla robotyki w zakresie nie tylko funkcjonalności, ale i wyglądu.

Potrzeba monitorowania zdrowia jest coraz większa. Obecnie opracowywane są urządzenia do kontroli kondycji fizycznej człowieka, takich parametrów, jak tętno czy aktywność mięśni. Wiele z tych potrzeb rynek już zaspokaja. Teraz nastąpił milowy krok naprzód, ponieważ mamy do dyspozycji materiał odporny na duże obciążenia, rozciąganie i różnicę temperatur. – Obserwowaliśmy rosnące zapotrzebowanie na urządzenia, które można nosić na ubraniach – mówi prof. Takao Someya nadzorujący badania. – Czuliśmy, że bardzo ważne jest stworzenie elastycznych przewodników, które można drukować na tkaninach, by pomogły zaspokoić tę potrzebę i umożliwić dalszy rozwój nowych produktów.

Srebro i kauczuk

Aby osiągnąć wysoki stopień rozciągliwości i przewodnictwa, naukowcy zmieszali cztery składniki. Ich przewodząca pasta składa się z nanodrobinek srebra, kauczuku fluorowego, surfaktantu fluorowego, powszechnie znanego jako substancja zmniejszająca naprężenie powierzchniowe w cieczy, i rozpuszczalnika organicznego. Jest to znacznie ulepszona kompozycja w stosunku do wcześniejszych prób wykonanych w 2015 r.

Bez rozciągania nadrukowane ślady nowego przewodnika zarejestrowały 4,972 simensa na centymetr (S/cm). Po dwu- i trzykrotnym rozciągnięciu przewodność wynosi 1,070 S/cm, jest więc prawie sześciokrotnie większa od wartości rejestrowanej w poprzednim przewodzie (192 S/cm). Nawet przy cztero- i pięciokrotnym rozciąganiu nowy materiał zachował przewodność elektryczną na poziomie 935 S/cm.

Pastę podgrzewano i obserwowano przez mikroskopy elektronowe: skaningowy (SEM) i transmisyjny (TEM). Okazało się, że wysoka wydajność przewodnika wynika z samorozwoju nanocząsteczek srebra rozproszonych równomiernie w kauczuku fluorowym. Naukowcy byli zaskoczeni. Nie spodziewali się, że srebro będzie samo przekształcać się w nanocząsteczki. Okazało się również, że dostosowując zmienne, takie jak ciężar cząsteczkowy kauczuku fluorowego, można kontrolować rozmieszczenie i ilość tych drobinek. Natomiast na ich przyrost i wielkość ma wpływ ogrzewanie oraz obecność środka powierzchniowo czynnego.

Testy użyteczności

Po stworzeniu materiału i zbadaniu jego właściwości przyszedł czas na sprawdzenie, czy rzeczywiście naukowcy wynaleźli materiał, który może zrewolucjonizować elektronikę. Stworzyli w pełni funkcjonalne nadrukowane na tkaninie czujniki ciśnienia i temperatury, które mogą dokonać pomiarów w pobliżu ludzkiego ciała i w pomieszczeniach. Można je łatwo zainstalować przez laminowanie, prasowanie na gorąco i pod ciśnieniem. Okazało się, że czujniki wykonały precyzyjne pomiary, nawet gdy zostały rozciągnięte o 250 proc.

Teraz wystarczy przystosować elektronikę do elastycznych obszarów narażonych na wysokie naprężenia – na przykład łokcie i kolana. Robotyka również czeka na takie rozwiązania, aby przewyższyć ludzkie możliwości i jednocześnie zachować elastyczność i lekkość naturalnego ciała.

Nowy materiał nadaje się już do drukowania na dużą skalę. Zespół obecnie bada substytuty płatków srebra i poszukuje innych polimerów w celu dalszego obniżenia kosztów produkcji elastycznych przewodów o wysokiej wydajności.

W niedalekiej przyszłości elektronika monitorująca zdrowie będzie mogła się stać elementem ubioru. Nadrukowana na tkaninach i miękkich tworzywach zintegruje się z każdym obszarem życia. Do tej pory barierą trudną do pokonania była kruchość materiałów przewodzących. Nie wytrzymywały rozciągania i nadmiernych nacisków.

Naukowcy z Graduate School of Engineering na Uniwersytecie w Tokio opracowali elastyczny przewodzący materiał zachowujący wysoką przewodność nawet wtedy, gdy jest pięciokrotnie rozciągany. Nowy materiał, o konsystencji pasty, może być nadrukowany w postaci wzorów na tkaninach i powierzchniach gumowych, takich jak rozciągliwe okablowanie urządzeń zawierających czujniki.

Pozostało 83% artykułu
2 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Subskrybuj
Materiał partnera
Technologie kwantowe: nauka tworzy szanse dla gospodarki
Nowe technologie
Niewykrywalny bombowiec strategiczny Sił Powietrznych USA odbył pierwszy lot
Nowe technologie
Co mówią kury? Naukowcy opracowali tłumacza, użyli sztucznej inteligencji
Nowe technologie
Prof. Zybertowicz: AI może potraktować ludzkość jak budowniczy autostrad traktują mrowiska
Materiał Promocyjny
Jak kupić oszczędnościowe obligacje skarbowe? Sposobów jest kilka
Materiał Promocyjny
Dell Technologies: nie ma branży czy przedsiębiorstwa, które może funkcjonować bez nowoczesnych technologii