Avancerad robotikskänslig beröring eller nästa generations bärbara enheter med sofistikerade avkänningsmöjligheter kan snart vara möjligt efter utvecklingen av ett gummi som kombinerar flexibilitet med hög elektrisk konduktivitet.

Det nya smarta kompositmaterialet, utvecklad av forskare vid University of Wollongong (UOW) fakulteten för teknik- och informationsvetenskap, visar egenskaper som inte tidigare har observerats:den ökar i elektrisk konduktivitet när den deformeras, särskilt när den är långsträckt.

Elastiska material, som gummi, är eftertraktade inom robotik och bärbar teknik eftersom de i sig är flexibla, och kan enkelt modifieras för att passa ett särskilt behov.

För att göra dem elektriskt ledande, ett ledande fyllmedel, såsom järnpartiklar, tillsätts för att bilda ett kompositmaterial.

Utmaningen för forskare har varit att hitta en kombination av material för att producera en komposit som övervinner de konkurrerande funktionerna flexibilitet och konduktivitet. Vanligtvis, när ett kompositmaterial sträcks, dess förmåga att leda elektricitet minskar när de ledande fyllmedelspartiklarna separeras.

Än, för den framväxande sfären av robotik och bärbara enheter, kunna böjas, komprimerad, sträckt eller vridet med bibehållen konduktivitet är ett viktigt krav.

Leds av seniorprofessor Weihua Li och rektor postdoktor Dr. Shiyang Tang, UOW -forskarna har utvecklat ett material som slänger ut regelboken om sambandet mellan mekanisk belastning och elektrisk konduktivitet.

Använda flytande metall och metalliska mikropartiklar som ett ledande fyllmedel, de upptäckte en komposit som ökar dess konduktivitet ju mer belastning som läggs på den - en upptäckt som inte bara öppnar nya möjligheter i applikationer, det kom också till på ett oväntat sätt.

Dr Tang sa att det första steget var en blandning av flytande metall, järnmikropartiklar, och elastomer som, av en olycka, hade härdats i en ugn mycket längre än normalt.

Det överhärdade materialet hade minskat elektrisk motstånd när det utsattes för ett magnetfält, men det tog dussintals fler prover för att upptäcka att orsaken till fenomenen var en förlängd härdningstid på flera timmar längre än den normalt skulle ta.

"När vi av misstag sträckte ett prov medan vi mätte dess motstånd, vi fann överraskande att motståndet minskade dramatiskt, "Dr Tang sa.

"Vår grundliga testning visade att den nya kompositens resistivitet kunde sjunka med sju storleksordningar vid sträckning eller komprimering, även med en liten mängd.

"Ökningen av konduktivitet när materialet deformeras eller ett magnetfält appliceras är egenskaper som vi anser är oöverträffade."

Resultaten publicerades nyligen i tidningen Naturkommunikation .

Huvudförfattare och doktorand student Guolin Yun sa att forskarna visade flera intressanta tillämpningar som att utnyttja kompositens överlägsna värmeledningsförmåga för att bygga en bärbar värmare som värmer där tryck appliceras.

"Värmen ökar till det område där tryck appliceras och minskar när den tas bort. Den här funktionen kan användas för flexibla eller bärbara uppvärmningsanordningar, såsom uppvärmda innersulor, " han sa.

Forskargruppen har studerat material som kan förändra deras fysiska tillstånd, såsom form eller hårdhet, som svar på mekaniskt tryck. Med tillägg av elektrisk konduktivitet, materialen blir "smarta" genom att kunna omvandla mekaniska krafter till elektroniska signaler.

Professor Li sa att upptäckten inte bara hade övervunnit den viktigaste utmaningen att hitta ett flexibelt och mycket ledande kompositmaterial, dess oöverträffade elektriska egenskaper kan leda till innovativa applikationer, som töjbara sensorer eller flexibla bärbara enheter som kan känna igen mänsklig rörelse.

"När man använder konventionella konduktiva kompositer i flexibel elektronik, minskningen av konduktiviteten vid sträckning är oönskad eftersom det kan påverka prestandan hos dessa enheter avsevärt och äventyra batteriets livslängd.

"I det här sammanhanget, vi var tvungna att utveckla ett kompositmaterial med egenskaper som aldrig har observerats tidigare:ett material som kan behålla sin konduktivitet, eller ökad konduktivitet, som det är långsträckt.

"Vi vet att många vetenskapliga framsteg har kommit från ovanliga idéer. Utforskningen av okonventionella fält och en laboratoriekultur som uppmuntrar innovation är mer sannolikt att ge oväntade upptäckter."