Powstał nowy ślimak: szybki, sprawny i wielofunkcyjny
Badacze twierdzą, że ten przewodzący prąd elektryczny żel, który zademonstrowali w robocie przypominającym ślimaka, może być wykorzystywany do wyrobu samonaprawiających się obwodów elektronicznych i monitorów biologicznych do pomiaru aktywności serca i mięśni – a nawet posłużyć do produkcji układów nerwowych robotów.
Kompozytowa substancja jest rozciągliwa i miękka niczym żywa tkanka. Jeśli pęknie lub się rozerwie, krawędzie można ze sobą zetknąć, a wiązania molekularne materiału szybko się odtworzą bez konieczności podgrzewania lub obróbki chemicznej. Co najważniejsze, jak twierdzą wynalazcy, jest to pierwszy tego typu materiał, który zarazem przewodzi prąd.
Cechy te mogą umożliwiać wytwarzanie bezprzewodowych monitorów medycznych, a także w pełni miękkich robotów. „W przypadku moich badań najważniejsze jest nadanie jednemu materiałowi wielu funkcji” – mówi Lillian Chin, która opracowuje miękkie komponenty robotów w ramach własnych badań w Massachusetts Institute of Technology. Istniejące roboty o miękkich korpusach często wymagają przynajmniej kilku sztywnych elementów z metalu i krzemu. Tymczasem miękkie, elastyczne żywe tkanki mogą wykonywać wiele zadań. Przecież mięśnie, zauważa Chin, zarówno poruszają ciałem, jak i dostarczają informację zwrotną w postaci sygnału elektrycznego o tym ruchu do mózgu.
Aby zbudować wielozadaniową sztuczną substancję, naukowcy użyli splątanych długich łańcuchów polimerowych nasączonych rozpuszczalnikiem, aby zachować ich giętkość, a następnie ostrożnie dodali mikroskopijne kropelki ciekłego stopu galu i indu, jak również maleńkie płatki srebra. W ten sposób powstał żel o niskiej gęstości usiany metalami przewodzącymi, przez który może przepływać wystarczająca ilość energii elektrycznej, aby na przykład napędzać silnik.
W ramach przeprowadzonych ostatnio badań, których wyniki opublikowano w „Nature Electronics”, badacze wykorzystali swój materiał do połączenia silników ze źródłami zasilania w dwóch nieskomplikowanych maszynach – miękkim robocie przypominającym kształtem ślimaka i samochodziku-zabawce. Zdolność materiału do samonaprawy zapewniła tym prostym obwodom odporność na uszkodzenia i łatwość rekonfiguracji. Na przykład zespół badawczy przeciął żelowe „przewody” doprowadzające energię w samochodzika i zmienił sposób ich podłączenia tak, aby zasilały zarówno silnik, jak i małe wbudowane światła.
Przykład robota-ślimaka pokazuje, że można wykorzystać taki materiał jako coś w rodzaju sztucznej tkanki nerwowej dla miękkich robotów, mówi inżynier mechanik z Carnegie Mellon University Carmel Majidi, główny autor pracy. Jednak wielofunkcyjne boty z prawdziwego zdarzenia będą wymagały użycia nowego materiału i w sposób bardziej wyrafinowany.
„W praktyce chcielibyśmy dysponować czymś analogicznym do druku cyfrowego i tworzyć obwody o znacznie większym stopniu złożoności, które mogłyby współpracować z chipami mikroelektronicznymi oraz innymi komponentami, jakich faktycznie używa się w zaawansowanych urządzeniach robotycznych i elektronicznych – mówi Majidi. – Gdy pozbawiamy maszyny i roboty twardej obudowy i używamy miękkich i elastycznych materiałów, pojawia się mnóstwo możliwości”.