トロント大学応用理工学部の研究者によって設計された新しい材料は、人間の皮膚の柔軟性と、-93℃という低い温度の改善された導電率と耐性を兼ね備えています。
イオンスキン（iSkin）として知られるこの物質は、ウェアラブルエレクトロニクスからソフトロボティクスまで、幅広いテクノロジーを強化する可能性があります。 ヒドロゲルと呼ばれる材料のファミリーに属する物質。
「ヒドロゲルは、化学構造内に多くの水を保持できる架橋ポリマーです」と、現在MITで博士研究員を修了しているが、マギル大学で大学院研究を進めながら材料の設計を主導したBinbinYingは述べています。同時に、トロント大学工学部のXinyuLiu教授の研究室で客員博士課程の学生として働いています。
「私たち自身の体内の組織の多くはヒドロゲルであるため、化粧品や組織工学など、生体適合性が重要なアプリケーションでよく使用されます。 しかし、それらをソフト、フレキシブル、またはウェアラブルエレクトロニクスで使用する場合は、機械的伸縮性や導電性などの新しい機能を追加する必要があります。」
昨年、YingとLiuは、iSkinの初期のイテレーションを発表し、その機能の一部を披露しました。それは、セルフパワーで無毒で、元のサイズの400％まで伸ばすことができます。
最も重要なことは、材料を曲げると、その導電率に比例した変化が生じることです。 これにより、物理的な動きを類似の電気信号に変換できます。
「理学療法士はそれを膝や肘に貼り付けて、関節がいつどのくらい動いているかを測定することができます」とLiu氏は言います。 「また、手袋にコーティングして、手の動きを測定および追跡できるようにしました。これにより、ロボットの制御に使用できます。 これは、あらゆる種類の人間と機械の相互作用を促進するための非常に用途の広い方法です。」
学部生のRyanChen、Runze Zuo、博士課程の候補者Zhanfeng Zhouからの寄稿により、研究者たちはiSkinのさらなる応用を模索しています。 たとえば、材料のパッチを機械式グリッパーに追加すると、グリップされる各アイテムに固有のフィードバック信号のセットが提供されます。 信号の組み合わせを分析することで、ロボットはそれが拾っているものを「感じる」ことができます。 ロボットは、人工知能アルゴリズムと組み合わせて、ハードとソフト、ラウンドとキュービックなどのアイテムを区別し、適切に並べ替えることを学習することもできます。
これまで、iSkinは、すべてのヒドロゲルに共通する欠点に悩まされていました。その中の水が凍結すると、結果として生じる氷の結晶が複雑なポリマーマトリックスに深刻な損傷を与える可能性があります。 冷たく乾燥した空気は、残りの液体の水をヒドロゲルから吸い出すこともできます。
Yingと彼のチームメンバーは、食品からヘアジェルまであらゆるものに一般的に使用されている無毒の化学物質であるグリセロールを追加することで問題に対処しました。 何百もの可能なレシピを注意深くテストした後、彼らは材料の他の有用な特性を犠牲にすることなく耐寒性を高める新しいiSkin配合を開発しました。
追加のボーナスとして、新しい配合により、ヒドロゲルは皮膚、衣類、その他の材料の両方にさらに簡単に付着することができます。
「私たちはそれをジャケットの外側に貼り付けて、トロントの冬に出て行きました。そこでは、氷点下10度でした」とYing氏は言います。 「ラボで行ったのと同じ種類の測定を行うことができました。」
耐寒性と粘着性の向上により、材料の可能な用途のリストがさらに増えます。 たとえば、選別用の機械式グリッパーは、人間が作業するのが不快な低温保管施設で動作する可能性があります。
チームはまた、ソフトを含む他の可能性を想定しています ロボット 北極圏の荒れた地形をよじ登るように設計されています。 将来的には、彼らは材料を開発し続け、潜在的にそれを小型化することを計画しています。