Framsteg inom mjuk robotik, bärbar teknik och gränssnitt mellan människa och maskin kräver en ny klass av töjbara material som kan ändra form adaptivt samtidigt som de bara förlitar sig på bärbar elektronik för kraft. Forskare vid Carnegie Mellon University har utvecklat ett sådant material som uppvisar en unik kombination av hög elektrisk och värmeledningsförmåga med aktiveringsförmåga som inte liknar någon annan mjuk komposit.

I fynd publicerade i Förfaranden från National Academy of Sciences Denna vecka, forskarna rapporterar om detta intelligenta nya material som kan anpassa sin form som svar på sin omgivning. Papperet har titeln "En multifunktionell formförändrande elastomer med flytande metallinneslutningar."

"Det är inte bara termiskt och elektriskt ledande, det är också intelligent, "sa Carmel Majidi, en docent i maskinteknik som leder Soft Machines Lab på Carnegie Mellon. "Precis som en människa backar när man rör vid något varmt eller skarpt, de materiella sinnena, processer, och svarar på sin miljö utan någon extern hårdvara. Eftersom den har neuralliknande elektriska vägar, det är ett steg närmare artificiell nervvävnad. "

Majidi är en pionjär när det gäller att utveckla nya klasser av material för användning inom mjukvarasteknik och mjuk robotik. Hans forskargrupp har tidigare skapat avancerade materialarkitekturer med hjälp av deformerbara flytande metallmikro- och nanodroppar av galliumindium. Detta är första gången som hans laboratorium har kombinerat denna teknik med flytande kristallelastomerer (LCE), en typ av formformande gummi. Majidi och hans forskargrupp samarbetade med LCE -experten Taylor Ware, professor i bioteknik vid University of Texas, Dallas, och hans doktorand, Cedric Ambulo.

LCE är som flytande kristaller som används i plattskärmar men kopplas ihop som gummi. Eftersom de rör sig när de utsätts för värme, de har lovande funktionalitet som ett formförändrande material; tyvärr, de saknar den elektriska och värmeledningsförmåga som behövs för formminnesaktivering. Även om styva fyllmedel kan införlivas för att förbättra konduktiviteten, dessa orsakar de mekaniska egenskaperna och formförändrande förmågan hos LCE:er att försämras. Forskarna övervann dessa utmaningar genom att kombinera den flytande metallen galliumindium med LCE:erna för att skapa en mjuk, stretchbar komposit med oöverträffad multifunktionalitet.

En annan viktig egenskap hos materialet är dess motståndskraft och reaktion på betydande skador.

"Vi observerade både elektrisk självläkning och skadedetektering för denna komposit, men detekteringen av skador gick ett steg längre än tidigare flytande metallkompositer, "förklarade Michael Ford, en postdoktoral forskningsassistent i Soft Machines Lab och huvudförfattaren till studien. "Eftersom skadan skapar nya konduktiva spår som kan aktivera formformning, kompositen svarar unikt på skador. "

Materialets höga elektriska konduktivitet gör att kompositen kan anslutas till traditionell elektronik, svara dynamiskt på beröring, och ändra form reversibelt. Det kan användas i alla applikationer som kräver töjbar elektronik:sjukvård, Kläder, bärbar dator, assistansanordningar och robotar, och rymdresor.