| | 5 января 2017 | Новости науки и техники
Новый материал снабдит функцией самозаживления искусственные мышцы роботов следующих поколений
Функции самовосстановления и самозаживления являются атрибутами ряда новых материалов, разработанных только в последнее время. Подавляющее количество таких материалов относится к классу гелей, гидрогелей и полимеров других видов, а область их применения простирается достаточно широко, от элементов электронных схем до деталей корпусов космических кораблей. И ряд этих чудо-материалов пополнился еще одним представителем, разработанным исследователями из Гарвардского университета и Калифорнийского университета в Риверсайде. Этот эластичный и прозрачный материал может не только самостоятельно восстанавливаться после повреждения, помимо этого он обладает ионной электрической проводимостью, что открывает возможности для его применения в качестве искусственных мускулов роботов следующих поколений.
Работы над новым материалом производились Гарвардскими исследователями в течение нескольких лет. Какое-то время назад группе под руководством Кристофа Кеплингера (Christoph Keplinger) удалось создать эластичный громкоговоритель, который приводился в действие явлением ионной проводимости. А дальнейшие исследования в данном направлении позволили создать материал, способный пропускать электрический ток за счет движения ионов, а не электронов, и который мог быть растянут в несколько раз по отношению к своему изначальному размеру без потерь его других свойств.
Однако, функция самозаживления является абсолютно новой чертой материалов-ионных проводников. В большинстве случаев электрохимические реакции, обеспечивающие ионную проводимость, ослабляют связи между длинными молекулами полимера, делая материал неспособным к самовосстановлению. С этой точки зрения новый материал является первым на свете ионным проводником, который прозрачен, эластичен и обладает функцией самовосстановления.
Ученые преодолели «несовместимость» ионной проводимости и самовосстановления, используя механизм, известный как взаимодействие ионных диполей. Для этого ученые использовали так называемый полярный полимер, материал, содержащий молекулы, обладающие отрицательным и положительным электрическим зарядом. Этот материал был пропитан раствором соли, обеспечивающим высокую ионную проводимость, и не влияющим на силу молекулярных полимерных связей даже во время течения активных электрохимических реакций.
Окончательный вариант нового материала может быть растянут в 50 раз по сравнению со своим начальным размером и он сам может полностью восстановить любое повреждение в течение 24 часов. А для восстановления структуры материала, после которого материал можно растянуть в два раза, требуется всего пять минут времени. Кроме этого, для запуска и работы механизма самовосстановления не требуется никаких «толчков» извне, а весь процесс протекает естественным путем и при комнатной температуре.
В настоящее время ученые работают над созданием управляемого привода на основе нового материала, искусственного мускула, другими словами. Этот мускул представляет собой прозрачную диэлектрическую мембрану, зажатую между двумя слоями нового материала, и он может двигаться, сокращаться в ответ на подаваемые электрические сигналы. Кроме этого, такой искусственный мускул можно разрезать на две части, сложить их вместе, и через какое-то время он снова обретет работоспособность, которая не уступает работоспособности, которой он обладал до механического повреждения.
Новый материал является достаточно простым и недорогим в производстве, поэтому область его применения практически не ограничена. Он может использоваться для изготовления различного типа биодатчиков и датчиков экологического контроля, аккумуляторных батарей, в космической, авиационной и военной технике, снабжая ее функциями самовосстановления.
