Несомненно, самовосстанавливающиеся материалы имеют множество преимуществ. Одним из наиболее заметных является разработка реалистичных искусственных манипуляторов и других видов мягкой робототехники. Теперь, в рамках проекта SHERO, исследователи Кембриджского университета создали недорогие солевые и желатиновые материалы, которые могут ощущать деформацию, температуру и влажность с помощью мягких датчиков и самовосстанавливаться при комнатной температуре, говорится в пресс-релизе, опубликованном в пятницу. Это открытие должно произвести революцию в области робототехники и, возможно, в некоторых других областях.

Самовосстанавливающиеся мягкие роботы, держащие нож слева и кактус справа. Project SHERO, University of Cambridge

 Самовосстанавливающиеся материалы

"Использование в робототехнике мягких датчиков позволит получить от них гораздо больше информации, подобно тому, как напряжение наших мышц помогает нашему мозгу получать информацию о состоянии всего нашего организма", - сказал в своем заявлении первый автор статьи Дэвид Хардман с инженерного факультета Кембриджа.

Эти новые материалы отличаются от своих предыдущих аналогов тем, что для самовосстановления их не нужно нагревать. Они могут автономно (без вмешательства человека) выявлять степень и место повреждения, затем производить саморегенерацию и снова возвращаться к работе.

Сейчас исследователи изучают различные варианты применения самовосстанавливающихся материалов, например, в изготовлении искусственной кожи и носимых устройств. Project SHERO, University of Cambridge

 Дешевизна и простота изготовления

В своей работе исследователи использовали печатные датчики, содержащие хлорид натрия (поваренную соль) вместо углеродных чернил, что позволило получить дешевые и простые в изготовлении материалы (путем 3D-печати или литья). Кроме того, они превосходят многие существующие альтернативы благодаря своей долговременной прочности и стабильности, а также способности работать долгое время без пересыхания. И последнее, но не менее важное: они состоят из легкодоступных, безопасных пищевых материалов.

"Это действительно хороший датчик, учитывая, насколько он дешев и прост в изготовлении", - сказал соавтор исследования доктор Томас Джордж-Турутел, сотрудник инженерного факультета. "Мы могли бы сделать целого робота из желатина и напечатать датчики там, где они нам нужны".

Поскольку эти датчики так хорошо соединяются с различными другими материалами, они могут быть легко включены во многие виды робототехники. В настоящее время исследователи изучают дополнительные возможности применения самовосстанавливающихся материалов, таких как искусственная кожа и носимые вещи.

Исследование было опубликовано в журнале NPG Asia Materials.

Аннотация к исследованию:

Технологии мягкого восприятия имеют потенциал для революционного развития носимых устройств, тактильных интерфейсов и роботизированных систем. Однако существуют многочисленные проблемы при внедрении этих устройств из-за их недостаточной прочности, высокого энергопотребления и разнонаправленного отклика на деформацию. В данной работе сообщается о разработке универсального ионного желатин-глицеринового гидрогеля для мягких сенсорных приложений. Полученное сенсорное устройство является недорогим и простым в производстве, самовосстанавливаемым при комнатной температуре, способным выдерживать деформации до 454%, стабильным в течение длительного времени, биосовместимым и биоразлагаемым. Этот материал идеально подходит для применения в системах датчиков деформации, имея линейный коэффициент корреляции R2 = 0,9971 и чувствительный к давлению механизм проводимости. Результаты экспериментов показывают применимость ионных гидрогелей для носимых устройств и мягких роботизированных технологий для определения деформации, влажности и температуры, а также способность к частичному самовосстановлению при комнатной температуре.

Источники:
http://www.sherofet.eu/
https://www.nature.com/articles/s41427-022-00357-9
https://www.cam.ac.uk/research/news/self-healing-materials-for-robotics-made-from-jelly-and-salt