Wolverine-geïnspireerd materiaal kan robots helpen zichzelf te genezen

Anonim

Wolverine-geïnspireerd materiaal kan robots helpen zichzelf te genezen

materialen

Michael Irving

28 december 2016

3 afbeeldingen

Onderzoekers hebben een nieuw ionengeleidingsmateriaal ontwikkeld dat zichzelf volledig kan genezen, met potentiële toepassingen in kunstmatige spieren (Credit: University of California, Riverside)

Zelfgenezing is een steeds vaker voorkomende eigenschap in de wereld van nieuwe materialen, met een breed scala aan gels en polymeren die hun talenten kunnen ontlenen aan elektronische schakelingen, verven en zelfs ruimteschiprompen. Nu hebben onderzoekers een elastisch, transparant materiaal ontwikkeld dat niet alleen zichzelf kan repareren, maar ook als een ionische geleider kan werken, waardoor de mogelijkheid voor zelfherstellende kunstmatige spieren wordt geopend.

Blijkbaar geïnspireerd door Wolverine, het personage Marvel met versnelde helende krachten, bouwt het nieuwe project enkele jaren geleden voort op werk van een Harvard-team. Dat team, waaronder Christoph Keplinger, een van de auteurs van het huidige artikel, ontwikkelde een rubberachtige, flexibele luidspreker aangedreven door ionische geleiders. Naast het communiceren van een elektrische lading door ionen in plaats van elektronen, waren de materialen transparant en konden ze tot verschillende keren hun oorspronkelijke lengte uitrekken zonder verlies van functie.

Maar zelfgenezing is een nieuwe truc voor een ionische geleider om uit te voeren, omdat elektrochemische reacties die bij geleiding worden waargenomen, normaal de banden tussen de moleculen van een zelfherstellend polymeer zouden verzwakken. De onderzoekers beweren dat hun materiaal de eerste ionische geleider is die transparant, rekbaar en zelfherstellend is.

"Het maken van een materiaal met al deze eigenschappen is jarenlang een puzzel geweest, " zegt Chao Wang, een andere auteur van het artikel. "We hebben dat gedaan en zijn nu net begonnen met het verkennen van de applicaties. "

Het team overwon de onverenigbaarheid van zelfgenezing en geleiding door gebruik te maken van een mechanisme dat bekend staat als ion-dipoolinteractie. Wang en het team gebruikten een polair polymeer - wat betekent dat de moleculen zowel een positieve als een negatieve lading hebben - en combineerden het met een zout met een hoge ionsterkte, waardoor het materiaal zijn moleculaire bindingen kan behouden, zelfs wanneer het blootgesteld is aan elektrochemische reacties.

Het resultaat is een materiaal dat kan worden uitgerekt tot 50 keer de gebruikelijke maat, en dat zichzelf binnen 24 uur na het snijden volledig kan herstellen, zonder blijvende schade of prestatieverlies. Het duurt slechts vijf minuten voordat het materiaal zichzelf voldoende hersteld heeft om uitgerekt te worden tot ongeveer twee keer de normale lengte, en in tegenstelling tot sommige andere materialen, neemt het geen externe stimulatie om het proces te activeren: het gebeurt natuurlijk en effectief bij kamertemperatuur .

Het team zette het materiaal vervolgens op de proef in een diëlektrische actuator van elastomeer of een kunstmatige spier. Deze door de mens gemaakte spieren bestaan ​​uit een helder, niet-geleidend membraan dat is ingeklemd tussen twee lagen van het nieuwe materiaal en bewegen door te reageren op elektrische signalen, net als hun natuurlijke tegenhangers. Zoals de onderzoekers aantoonden, kon de kunstmatige spier in twee stukken worden gesneden en teruggaan naar zijn oorspronkelijke staat, net zo goed presterend als vóór de blessure.

Samen met het aandrijven van kunstmatige spieren, geloven de onderzoekers dat hun materiaal, dat relatief goedkoop en gemakkelijk te maken is, kan worden gebruikt om betere biosensoren te bouwen voor medische en milieumonitoring, batterijen met een langere levensduur en zelfs zelfherstellende robots.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials .

Het team beschrijft het materiaal in de video hieronder.

Bron: University of California, Riverside

Onderzoekers hebben een nieuw ionengeleidingsmateriaal ontwikkeld dat zichzelf volledig kan genezen, met potentiële toepassingen in kunstmatige spieren (Credit: University of California, Riverside)

Het nieuwe materiaal kan tot 50 keer de oorspronkelijke lengte uitstrekken (Credit: University of California, Riverside)

Het team maakte gebruik van een mechanisme dat bekend staat als ion-dipoolinteractie, om het materiaal in staat te stellen ionen te geleiden zonder de zelfherstellende moleculaire bindingen te verzwakken (Credit: University of California, Riverside)