Пенсионный советник

Транзистор для рукопожатий

Создан искусственный материал, умеющий регенерировать и «чувствовать»

Виолетта Флорова 13.11.2012, 10:38
Искусственная кожа из Стэнфорда представляет собой гибкий саморегенерирующийся транзистор на основе... stanford.edu
Искусственная кожа из Стэнфорда представляет собой гибкий саморегенерирующийся транзистор на основе полимера

Создан материал, обладающий не только чувствительностью, но и способностью к многократному и быстрому самовосстановлению при комнатной температуре. Изобретение может быть использовано в создании чувствительного эластичного протеза, способного чинить самого себя.

В лабораториях давно пытаются создать искусственный материал, обладающий свойствами человеческой кожи. Ведь наша кожа не только чувствительна к температуре и механическому давлению, она также регенерирует (восстанавливается) и является защитным барьером. Эти две особенности сумели объединить в одном синтетическом материале, имитирующем свойства кожи, профессор Чженань Бао и ее команда, работающая в Стэнфордском университете.

На данный момент они сумели создать первый материал, способный чувствовать незначительное давление и восстанавливаться при разрыве и разрезе, сообщает журнал Nature Nanotechnology.

За последнее десятилетие технологии искусственной кожи значительно продвинулись вперед, но материалы, способные к самовосстановлению, были очень капризны. Одни требовали высоких температур, другие восстанавливались при комнатной температуре, но изменяли при этом свою механическую или химическую структуру, то есть могли «излечиться» лишь единожды.

И самое важное, что ни один самовосстанавливающийся материал не обладал хорошей электропроводностью. Бенджамин Си-Кон Ти, один из разработчиков проекта, говорит, что «в идеале, для того чтобы внедрить этот материал в мир технологий, он должен проводить электрический импульс».

Исследователи сумели соединить «лучшее из двух миров» — способность к восстановлению у полимеров и проводимость, свойственную металлам.

Основой их разработки стал материал, состоящий из длинных рядов молекул, соединенных относительно слабыми водородными связями. «Эти связи подвижны, что обеспечивает материалу способность к восстановлению», — объясняет Чао Вонг, другой участник исследовательской команды. Эти молекулы легко разъединяются, но когда они снова соединяются, связи реорганизуются. Таким образом, после разрыва структура снова восстанавливается.

В этот эластичный полимер добавили тонкие включения никеля, который увеличил механическую прочность, а также обеспечил электропроводность. Электронные импульсы перескакивают с одного слоя никеля на другой, что ускоряет передачу.

В итоге получился материал с уникальными характеристиками — обычно пластик обладает хорошими изолирующими свойствами, этот же является прекрасным проводником.

Следующая задача, с которой удалось справиться, – восстановление механической прочности и электропроводности после повреждения. Тонкая полоска материала, разрезанная на две части, через несколько секунд после осторожного совмещения разрезанных кусочков восстановила на 75% начальную прочность и электропроводность, а спустя 30 минут полностью регенерировала. Это удивительный факт, ведь даже человеческой коже для заживления требуются дни, отметил Си-Кон Ти.

Даже разрезанный на 50 кусочков, материал смог полностью восстановить свои изначальные качества.

Правильно рассчитанные добавки никеля в полимер делают его электропроводным, не уменьшая при этом способность к репарации. Электроны в таком материале «перепрыгивают» с одного включения никеля на другой — чем дальше включения находятся друг от друга, тем больше энергии приходится тратить электрону, чтобы «допрыгнуть» до следующего. Если включения находятся далеко друг от друга, то электронный импульс ослабевает, и наоборот, сближение никелевых элементов усиливает импульс. Скручивание или сдавливание «синтетической кожи» изменяет расстояние между включениями, и электропроводность меняется, сигнализируя об изменении механического давления — материал становится «чувствительным».

Предполагается, что этой чувствительности хватит для того, чтобы ощутить рукопожатие.

Это позволит выйти на новый уровень не только в пластике кожи, но и в протезировании конечностей, которые можно будет чувствовать. А электронные датчики, сделанные из регенерирующего пластика, не будут нуждаться в дорогостоящем ремонте, и могут быть использованы в труднодоступных местах. Следующим этапом, по словам разработчиков, станет «опрозрачивание» кожи, что позволит использовать ее в электронных устройствах и экранах.