Một loại vật liệu mới được thiết kế bởi các nhà nghiên cứu tại Khoa Kỹ thuật & Khoa học Ứng dụng của Đại học Toronto, kết hợp tính linh hoạt của da người với độ dẫn điện được cải thiện và khả năng chịu nhiệt độ thấp tới -93 C.
Được gọi là da ion, hoặc iSkin, chất này có thể cải tiến một loạt các công nghệ - từ thiết bị điện tử đeo được đến robot mềm. Chất này thuộc họ vật liệu gọi là hydrogel.
Binbin Ying, người hiện đang hoàn thành công việc sau tiến sĩ tại MIT nhưng đã lãnh đạo việc thiết kế vật liệu này trong khi theo đuổi nghiên cứu sau đại học tại Đại học McGill cho biết: “Hydrogel là các polyme liên kết chéo có thể giữ nhiều nước trong cấu trúc hóa học của chúng. và đồng thời làm nghiên cứu sinh tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Giáo sư Kỹ sư Xinyu Liu của U of T.
“Nhiều mô trong cơ thể chúng ta là hydrogel, vì vậy chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng mà tính tương thích sinh học là quan trọng như mỹ phẩm hoặc kỹ thuật mô. Nhưng nếu chúng ta muốn sử dụng chúng trong các thiết bị điện tử mềm, linh hoạt hoặc có thể đeo được, chúng ta cần bổ sung thêm các chức năng mới như khả năng co giãn cơ học và độ dẫn điện ”.
Năm ngoái, Ying và Liu đã tiết lộ một phiên bản trước đó của iSkin thể hiện một số khả năng của nó: nó tự cung cấp năng lượng, không độc hại và có thể kéo dài đến 400% kích thước ban đầu.
Quan trọng nhất, việc uốn cong vật liệu tạo ra sự thay đổi tỷ lệ thuận trong độ dẫn điện của nó. Điều này cho phép nó chuyển đổi chuyển động vật lý thành một tín hiệu điện tương tự.
Liu nói: “Một nhà vật lý trị liệu có thể dán nó vào đầu gối hoặc khuỷu tay của bạn để đo thời gian và mức độ khớp của bạn đang cử động. “Chúng tôi cũng đã phủ nó lên một chiếc găng tay, cho phép chúng tôi đo lường và theo dõi các chuyển động của tay, từ đó, chúng có thể được sử dụng để điều khiển robot. Đó là một cách rất linh hoạt để tạo điều kiện thuận lợi cho tất cả các loại tương tác giữa người và máy ”.
Với sự đóng góp của các sinh viên đại học Ryan Chen, Runze Zuo và ứng viên Tiến sĩ Zhanfeng Zhou, các nhà nghiên cứu đang khám phá các ứng dụng sâu hơn của iSkin. Ví dụ: việc thêm các bản vá của vật liệu vào một bộ kẹp cơ học sẽ cung cấp một tập hợp các tín hiệu phản hồi duy nhất cho từng mục đang được kẹp chặt. Sau đó, phân tích sự kết hợp của các tín hiệu có thể cho phép robot "cảm nhận" những gì nó đang thu nhận. Kết hợp với các thuật toán trí tuệ nhân tạo, robot thậm chí có thể học cách phân biệt giữa các vật phẩm cứng với mềm, tròn với hình khối, v.v. - và sắp xếp chúng một cách thích hợp.
Cho đến nay, iSkin mắc phải một nhược điểm chung đối với tất cả các hydrogel: khi nước bên trong nó đóng băng, các tinh thể băng tạo thành có thể gây tổn hại nghiêm trọng đến ma trận polyme phức tạp. Không khí khô, mát cũng có thể hút nước lỏng còn lại ra khỏi hydrogel.
Ying và các thành viên trong nhóm của ông đã giải quyết vấn đề bằng cách thêm glycerol, một hóa chất không độc hại thường được sử dụng trong mọi thứ, từ thực phẩm đến gel vuốt tóc. Sau khi thử nghiệm cẩn thận hàng trăm công thức có thể, họ đã phát triển một công thức iSkin mới giúp tăng khả năng chịu lạnh mà không làm mất các đặc tính hữu ích khác của vật liệu.
Như một phần thưởng bổ sung, công thức mới cho phép hydrogel bám dính dễ dàng hơn vào cả da, quần áo và các chất liệu khác.
Ying nói: “Chúng tôi dán nó vào bên ngoài một chiếc áo khoác và bước vào mùa đông ở Toronto, nơi nhiệt độ dưới 10 độ XNUMX”. "Chúng tôi có thể thực hiện các loại phép đo giống như chúng tôi đã làm trong phòng thí nghiệm."
Khả năng chịu lạnh và độ dính được cải thiện làm tăng thêm danh sách các ứng dụng có thể có cho vật liệu. Ví dụ, máy gắp cơ học phân loại giờ đây có thể hoạt động trong một kho chứa ở nhiệt độ thấp, nơi con người làm việc sẽ không thoải mái.
Nhóm cũng hình dung ra các khả năng khác, bao gồm cả phần mềm robot được thiết kế để vượt qua địa hình gồ ghề trong môi trường Bắc Cực. Trong tương lai, họ có kế hoạch tiếp tục phát triển vật liệu và có khả năng thu nhỏ nó.