Новый материал, разработанный исследователями факультета прикладных наук и инженерии Университета Торонто, сочетает в себе гибкость человеческой кожи с улучшенной проводимостью и устойчивостью к температурам до -93 ° C.
Это вещество, известное как ионная кожа, или iSkin, может улучшить широкий спектр технологий - от носимой электроники до мягкой робототехники. Вещество, которое принадлежит к семейству материалов, называемых гидрогелями.
«Гидрогели - это сшитые полимеры, способные удерживать много воды в своих химических структурах», - говорит Бинбин Инь, который в настоящее время завершает докторскую работу в Массачусетском технологическом институте, но руководил разработкой материала во время учебы в аспирантуре Университета Макгилла. и одновременно работая в качестве приглашенного аспиранта в лаборатории профессора инженерных наук Синью Лю.
«Многие ткани нашего собственного тела представляют собой гидрогели, поэтому они часто используются в приложениях, где важна биосовместимость, таких как косметика или тканевая инженерия. Но если мы хотим использовать их в мягкой, гибкой или носимой электронике, нам нужно добавить новые функции, такие как механическая растяжимость и электропроводность ».
В прошлом году Ин и Лю представили более раннюю версию iSkin, которая продемонстрировала некоторые из его возможностей: он автономный, нетоксичный и может растягиваться до 400 процентов от своего первоначального размера.
Самое главное, что при изгибе материала пропорционально изменяется его проводимость. Это позволяет ему преобразовывать физическое движение в аналогичный электрический сигнал.
«Физиотерапевт может прикрепить его к вашему колену или локтю, чтобы измерить, когда и насколько ваш сустав двигается», - говорит Лю. «Мы также покрыли им перчатку, что позволяет нам измерять и отслеживать движения рук, которые, в свою очередь, могут использоваться для управления роботом. Это очень универсальный способ облегчить все виды взаимодействия человека с машиной ».
При участии студентов бакалавриата Райана Чена, Рунзе Цзо и кандидата наук Чжанфэн Чжоу исследователи изучают возможности дальнейшего применения iSkin. Например, добавление участков материала к механическому захвату обеспечивает набор сигналов обратной связи, который уникален для каждого захватываемого предмета. Затем анализ комбинаций сигналов может позволить роботу «почувствовать» то, что он улавливает. В сочетании с алгоритмами искусственного интеллекта робот может даже научиться отличать твердые предметы от мягких, круглые от кубических и т. Д. - и соответствующим образом сортировать их.
До сих пор iSkin страдал от недостатка, присущего всем гидрогелям: когда вода внутри него замерзает, образующиеся кристаллы льда могут нанести серьезный ущерб сложной полимерной матрице. Холодный сухой воздух также может отсосать оставшуюся жидкую воду из гидрогеля.
Ин и члены его команды решили эту проблему, добавив глицерин, нетоксичное химическое вещество, обычно используемое во всем, от продуктов питания до геля для волос. После тщательного тестирования сотен возможных рецептов они разработали новый состав iSkin, который повышает устойчивость к холоду без ущерба для других полезных свойств материала.
В качестве дополнительного бонуса новый состав позволяет гидрогелю еще более легко прилипать к коже, одежде и другим материалам.
«Мы приклеили его к внешней стороне куртки и вышли на зиму в Торонто, где было 10 градусов ниже нуля», - говорит Ин. «Мы смогли провести те же измерения, что и в лаборатории».
Устойчивость к холоду и улучшенная липкость дополнительно расширяют список возможных применений материала. Например, сортировочный механический захват теперь может работать в низкотемпературном хранилище, где человеку будет неудобно работать.
Команда также предполагает другие возможности, в том числе софт Роботы разработан для лазания по пересеченной местности в арктических условиях. В будущем они планируют продолжить разработку материала и потенциально миниатюризировать его.