EPFL har utvecklat små fibrer av elastomer som kan innehålla material som elektroder och nanokompositpolymerer. Fibrerna kan detektera även det minsta tryck och belastning, och tål deformation på nära 500 procent innan de återställer sin ursprungliga form, som alla gör dem perfekta för applikationer inom smarta kläder och proteser, och för att skapa konstgjorda nerver för robotar.

Fibrerna utvecklades vid EPFL:s Laboratory of Photonic Materials and Fiber Devices (FIMAP), leds av Fabien Sorin vid Tekniska Högskolan. Forskarna kom med en snabb och enkel metod för att bädda in mikrostrukturer i superelastiska fibrer. Till exempel, genom att lägga till elektroder på strategiska platser, de gjorde fibrerna till ultrakänsliga sensorer. Vad mer, deras metod kan användas för att producera hundratals meter fiber på kort tid. Deras forskning har just publicerats i Avancerade material .

För att göra sina fibrer, forskarna använde en termisk ritprocess, vilket är standardprocessen för tillverkning av optisk fiber. De började med att skapa en makroskopisk förform med de olika fiberkomponenterna arrangerade i ett noggrant utformat 3D-mönster. De värmde sedan förformen och sträckte ut den, som smält plast, att göra fibrer med några hundra mikron i diameter. Och medan denna process sträckte ut komponentmönstret på längden, den tog det också på tvären, vilket betyder att komponenternas relativa positioner förblev desamma. Slutresultatet var en uppsättning fibrer med en extremt komplicerad mikroarkitektur och avancerade egenskaper.

Tills nu, termisk ritning kan användas för att göra endast styva fibrer. Men Sorin och hans team använde det för att göra elastiska fibrer. Med hjälp av ett nytt kriterium för val av material, de kunde identifiera några termoplastiska elastomerer som har hög viskositet vid uppvärmning. Efter att fibrerna har dragits, de kan töjas och deformeras, men de återgår alltid till sin ursprungliga form.

Stela material som nanokompositpolymerer, metaller och termoplast kan införas i fibrerna, samt flytande metaller som lätt kan deformeras. "Till exempel, vi kan lägga till tre strängar av elektroder på toppen av fibrerna och en längst ner. Olika elektroder kommer i kontakt beroende på hur trycket appliceras på fibrerna. Detta kommer att få elektroderna att sända en signal, som sedan kan läsas för att avgöra exakt vilken typ av spänning fibern utsätts för - såsom kompression eller skjuvspänning, till exempel, säger Sorin.

Konstgjorda nerver för robotar

Arbetar i samarbete med professor Dr. Oliver Brock (Robotics and Biology Laboratory, Tekniska universitetet i Berlin), forskarna integrerade sina fibrer i robotfingrar som konstgjorda nerver. När fingrarna rör vid något, elektroder i fibrerna överför information om robotens taktila interaktion med sin omgivning. Forskargruppen testade också att lägga till sina fibrer i kläder med stora maskor för att upptäcka kompression och stretching. "Vår teknik kan användas för att utveckla ett touch -tangentbord som är integrerat direkt i kläder, till exempel "säger Sorin.

Forskarna ser många andra potentiella tillämpningar; den termiska ritningsprocessen kan enkelt justeras för storskalig produktion. Detta är ett verkligt plus för tillverkningssektorn. Textilsektorn har redan uttryckt intresse för den nya tekniken, och patent har inlämnats.