«Умный» мягкий материал скручивается под давлением или расширяется при растяжении

Инженеры из Юго-Восточного университета Китая напечатали схемы из жидкого металла на одном куске мягкого полимера, создав интеллектуальный материал, который скручивается под давлением или механической нагрузкой. Подробно разработка описана в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Новость появилась на сайте Американского химического общества.

В идеале мягкие роботы могли бы имитировать интеллектуальное и автономное поведение в природе – например, резкое схлопывание растения Венерина мухоловка, – сочетая ощущения и контролируемое движение. Но технически это бывает сложно выполнить: необходимо встроить в робота датчики и движущиеся части, использовать внешний компьютер. Требуется моноблочная конструкция, которая реагирует на раздражители окружающей среды, такие как механическое давление или растяжение. Решением проблемы могут стать жидкие металлы, и некоторые ученые уже исследовали их использование в мягких роботах. Эти материалы могут использоваться для создания тонких гибких цепей в мягких материалах, и эти цепи могут быстро выделять тепло при генерировании электрического тока – либо от источника электрического тока, либо от давления, приложенного к цепи. Когда мягкие цепи растягиваются, ток падает, охлаждая материал. Чтобы сделать мягкого робота способным к автономному интеллектуальному движению, команда китайских ученых хотела объединить жидкометаллические схемы с жидкокристаллическими эластомерами (LCE) – полимерами, которые могут претерпевать большие изменения своей формы при нагревании или охлаждении.

Исследователи применили сплав галлия и индия с никелем на LCE и с помощью магнитного поля переместили жидкий металл по линиям, чтобы сформировать непрерывную цепь. Силиконовый герметик, который меняет цвет с розового на темно-красный при нагревании, обеспечивает защиту и надежность цепи. Под действием тока мягкий материал скручивался при повышении температуры, и пленка со временем становилась все краснее. Команда использовала материал для разработки автономных захватов, которые реагировали на давление или растяжение, прикладываемое к контурам. Эти приспособления могут захватывать небольшие круглые предметы и затем опускать их, когда давление снижается или материал растягивается. Наконец, исследователи сформировали пленку в форме спирали. Когда давление прикладывали к контуру в нижней части спирали, она разворачивалась, поскольку температура спирали увеличивалась. Исследователи говорят, что эти чувствительные к давлению и растяжению материалы можно применять в мягких роботах, которые выполняют сложные задачи.