与蜗⽜相似,也许是件好事?

作者: 索菲·布什威克(Sophie Bushwick)

来源: 环球科学

发布日期: 2023-06-17 21:59:16

研究⼈员制造出⼀种聚合物与液态⾦属相结合的柔性材料,并将其⽤于蜗⽜状机器⼈中,这种材料具有⾃我修复能⼒和导电性,可能⽤于制造电⼦电路和⽣物监测器,甚⾄机器⼈的神经系统。

科学有时候会以蜗⽜般的速度缓慢发展,但“与蜗⽜相似”也可以是⼀件好事:最近有研究⼈员制造出了⼀种聚合物与液态⾦属相结合的柔性材料,并将它⽤于⼀款蜗⽜状的机器⼈中。研究⼈员表⽰,这种导电凝胶还可以⽤于制造具有⾃我修复能⼒的电⼦电路,以及可测量⼼脏和肌⾁活动的⽣物监测器,甚⾄可能形成机器⼈的神经系统。

这种复合物像活组织⼀样有弹性且柔软。当它发⽣断裂或撕裂时,裂纹边缘可以连在⼀起,材料的分⼦键也会迅速重新形成,⽽不需要任何额外的热处理或化学处理。根据研究⼈员的说法,这种材料的重要之处在于,它是⾸个可以导电的柔性材料。

有了以上特性,这些材料或许有助于⽆线医疗监测器和全软体机器⼈的研发。

⾦莉莲(Lillian Chin,⾳译)是美国⿇省理⼯学院(MIT)的博⼠研究⽣,她的部分研究涉及对软体机器⼈组件的开发。她说:“就我的研究⽽⾔,真正重要的是,‘如何使单⼀材料多功能化?’”她还表⽰,现有的软体机器⼈通常⾄少拥有⼀些⾦属和硅组件,但这些都是刚性材料。⽽柔软、有弹性的活组织可以执⾏更多任务。例如,肌⾁既能使⾝体运动,又能将运动相关的电信号反馈给⼤脑。

为了构建⼀种多任务处理的⼈造物质,研究⼈员⾸先将缠结的聚合物长链浸泡在⼀种溶剂中,以保持柔软,然后⼩⼼翼翼地混⼊镓铟液态⾦属的微滴以及微⼩的银⽚。这会产⽣⼀种散布着导电⾦属的低密度凝胶,它具有⾜够的导电能⼒来为电机等设备提供动⼒。

在这项最近发表于《⾃然·电⼦学》(Nature Electronics)的研究中,研究⼈员利⽤他们开发的这种新材料,将电机直接接在两台机器的电源上:⼀个蜗⽜状的软体机器⼈和⼀辆玩具汽车。这种材料拥有较强的⾃我修复能⼒,因此可以使这些简单的电路连接经得起损坏并且易于重构。例如,这⽀研究团队切断了玩具汽车的凝胶“电源线”,主动改变它们的连接⽅式,从⽽实现了同时为汽车移动和⼀个⼩型内置灯提供动⼒的⽬标。

美国卡内基·梅隆⼤学(Carnegie Mellon University)的机械⼯程师卡梅尔·马吉迪(Carmel Majidi,这项研究的通讯作者)表⽰,蜗⽜状软体机器⼈的例⼦展⽰了⼀种以仿神经系统的⽅式在软体机器⼈中利⽤这种材料的可能。不过,真正的多功能机器⼈需要这种新材料具有更复杂的功能。

“在实践中,我们希望拥有数字印刷能⼒,这样或许就可以制造出更复杂的电路——它们可以与微电⼦芯⽚以及其他类型的组件连接,从⽽被⽤在更复杂的机器⼈和电⼦应⽤中。”马吉迪说,“当我们⽤柔性材料制造机器和机器⼈,⽽不是刚性材料时,就带来了更多的可能性。”

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