Современные «мягкие роботы» создаются из гибких материалов, таких как эластомеры. Но у них есть одна проблема: им нужен токопроводящий элемент для работы. Обычно это значит, что внутри мягкого материала устанавливается металлический токопроводящий элемент, который делает мягкого робота менее гибким. Но благодаря новому гелю с высокой проводимостью ученые, возможно, нашли путь к созданию первых по-настоящему мягких роботов и созданию самовосстанавливающихся биометрических устройств.
Инженеры из Университета Карнеги-Меллона объединили полимеры с жидким металлом для разработки органогелевого композита, обладающего сверхгибкостью и высокой проводимостью. Чтобы создать композит, они погрузили группу длинных полимерных цепей в растворитель, чтобы сделать их пластичными. Затем они смешали полимеры с микроскопическими каплями жидкого сплава галлия и индия и чешуйками серебра. Конечным продуктом стало гелеобразное вещество низкой плотности, содержащее достаточное количество проводящего металла для передачи электричества.
В статье Nature Electronics инженеры пишут, что их новый материал мягкий и высокоэластичный, с пределом деформации выше 400%. Если композит рвется, его края можно соединить вместе, чтобы они самостоятельно восстановились. Что наиболее важно, его проводимость превосходит любой другой эластичный материал, что позволяет соединять электрические компоненты без ущерба для функциональности. В то время как основной проблемой большинства гелевых веществ является их склонность к высыханию, аспирант Йонги Чжао сообщил в своем блоге, что команда заменила воду в материале этиленгликолем, который имеет «незначительную» скорость испарения.
Чжао и его коллеги использовали свой композит для создания робота-улитки, игрушечной машины и биометрического монитора. Хотя композит использовался просто для соединения батареи и двигателя робота-улитки (а не для создания реалистично склизкого тела), он оказался легко ремонтируемым компонентом. В игрушечной машине материал позволил инженерам быстро перенастроить электрические цепи и привести в действие как двигатель, так и небольшие фары. К тому же являясь реконфигурируемым биоэлектродом, материал может иметь произвольную форму для измерения мышечной активности с помощью электромиографии (ЭМГ) на любой части тела.
Удаление наиболее жестких компонентов машины и замена их гелевыми «нервными системами» позволит инженерам создавать действительно гибких роботов или устройства. Это открывает бесчисленные возможности, особенно в медицине, где ученые могут имитировать живые органы или создавать самовосстанавливающиеся биометрические мониторы для сердца и других мышц. Чжао добавил, что теперь настоящие мягкие роботы смогут «прикрепляться к вашей коже, ползать по полу вашего дома и помогать вам в повседневных делах», что раньше было невозможно.