- Elektroniczna skóra rozciąga się, czuje dotyk i sama się naprawia
- Czy to kolejny krok do samoreperującej się supermaszyny?
- Nowe materiały mają m.in. zmniejszyć zaśmiecenie świata
Rozciąga się, jest przezroczysta, wrażliwa na dotyk, a do tego sama się reperuje – to skóra dla robotów. Czy przypominający powłokę meduzy materiał zmieni świat na lepszy. Albo inny?
Sieć, ciecz i brak strupów
Żel składający się z polimeru, utworzonego na bazie fluoropochodnych węglowodorów, zawiera bogatą w fluor ciecz jonową. Sieć polimerowa oddziałuje z cieczą jonową poprzez wysoce odwracalne reakcje międzycząsteczkowe, czyli inne niż chemiczne sposoby łączenia atomów i cząsteczek.
W „uszkodzonej skórze” zachodzą reakcje jonowo-dipolowe, co umożliwia jej samoleczenie. Dipol jest układem dwóch różnych ładunków lub biegunów magnetycznych, wytwarzającym pole dipolowe. Nowa skóra charakteryzuje się łączeniem jonów z dipolami, w których jeden biegun ma ładunek dodatni, a drugi ujemny. Niewielkie zaburzenia równowagi elektrycznej w obu typach tych cząsteczek wytwarzają pomiędzy nimi przyciąganie elektrostatyczne.
Adres filmu na Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=-yCZGv_SfRA
Źródło: NUSLife / YouTube
Właściwości elektryczne materiału zmieniają się, gdy jest dotykany, naciskany lub poddawany naprężeniom. Można je zmierzyć i przekształcić w czytelne sygnały elektryczne, co można zastosować w różnego rodzaju czujnikach. Ten wyjątkowy materiał może sam się naprawić zarówno w wilgotnym, jak i suchym otoczeniu, reagować na bodźce zarówno „na sucho”, jak i w wodzie morskiej, a dobrze reaguje nawet w środowisku kwaśnym czy zasadowym.
Istniejące wcześniej materiały samonaprawiające pęczniały w styczności z wodą i kurczyły się po wyschnięciu, a sztywne wymagały podgrzania. Dla przykładu Automend, wynaleziony przez badaczy z Los Angeles jest twardy, przezroczysty i przepuszcza fale elektormagnetyczne. Pękniecie na jego powierzchni może być wielokrotnie naprawiane, po uprzednim podgrzaniu do temperatury około 120 stopni Celsjusza. Nowa skóra naprawia się sama w szerokim zakresie temperatur. Robi to w zależności od wielkości uszkodzeń od jednej minuty do kilku dni.
Podskórnie to czuł
Za nowym materiałem stoją naukowcy z Uniwersytetu Narodowego Singapuru, współpracujący z Uniwersytetem Tsinghua w Pekinie i Uniwersytetem Kalifornijskim w Riverside. Jak twierdzą, elektroniczna skóra może być stosowana w tworzeniu tzw. miękkich robotów, a nawet wodoodpornych ekranów dotykowych. Dr Benjamin Tee, szef zespołu badawczego w komunikacie prasowym stwierdził, że wyzwaniem dla materiałów samonaprawiających się było wcześniej to, że nie były przezroczyste i w mokrym środowisku nie funkcjonowały prawidłowo.
Sztuczna skóra naukową pasją
Tee pierwszą samoleczącą się skórę wynalazł w 2012 roku, doktoryzując się na Uniwersytecie Stanforda w Stanach Zjednoczonych. O jego wynalazku rozpisywały się światowe media, a on czuł, że musi wciąż udoskonalać to, co do tej pory wymyślił. Po co? Aby potencjalnie uczynić protezy tak wrażliwymi jak ludzkie kończyny, a nawet umożliwić intuicyjne interakcje między maszynami. W 2015 roku naukowca ogłoszono jednym z najważniejszych innowatorów świata poniżej 35. roku życia . Jest obecnie asystentem prezesa Departamentu Nauki o Materiałach i Inżynierii na Uniwersytecie w Singapurze. Nie zarzucił badań nad superpowłoką.
Elektroniczna, wrażliwa na dotyk i elastyczna skóra zespołu Tee to kolejny krok zbliżający maszyny do ludzi
„Zastanawialiśmy się, w jaki sposób możemy stworzyć sztuczny materiał, który mógłby naśladować wodoodporność meduz, a jednocześnie być wrażliwy na dotyk ” – wyjaśnia badacz w komunikacie prasowym.
Mniej śmieci?
Jak często zbijasz szybkę smarfona? Ile razy wymieniałeś dotykowy ekran tabletu swojego dziecka? To może się wkrótce zmienić. Jak twierdzi zespół, zdolność do samonaprawiania się może utorować drogę do zmniejszenia ilości odpadów. Obecnie miliony ton śmieci powstaje każdego roku z uszkodzonych urządzeń elektronicznych. Miękkie samonaprawiające urządzenia, zwłaszcza oparte na technologii dotykowej, mogą oznaczać dużo mniej odpadów elektronicznych. A sama elektroniczna, wrażliwa na dotyk i elastyczna skóra zespołu Tee to kolejny krok, zbliżający maszyny do ludzi.
Czy to przełom?
Konstruktorzy robotów od lat zmagają się z problemem kontrolowania siły nacisku przy posługiwaniu się różnego rodzaju przedmiotami.
– Ideałem byłby materiał, który funkcjonowałby jak ludzka skóra, byłby w stanie czuć dotyk – mówił w 2010 roku Ali Javey, profesor na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. – Chcemy nauczyć robota chwytania naczyń, ale musimy być pewni, że nie potłucze kieliszków do wina i nie upuści garnka.
Zespół badawczy pod jego przewodnictwem stworzył wówczas e-skórę, na bazie nanorurek z krzemu i germanu. Badacze skonstruowali siatkę z miniaturowymi tranzystorami, a mikroskopijne półprzewodniki połączono z warstwą gumy. Taka powłoka była w stanie wykryć nacisk. Inny zespół pod kierunkiem Zhenan Bao z Uniwersytetu Stanforda skonstruował materiał, który powstał ze sprasowania warstwy gumy pomiędzy elektrodami, ułożonymi w sieć maleńkich piramidek.
Adres filmu na Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=DfenfqtG5X4
Mikrostruktura z pęcherzykami powietrza po naciśnięciu wracała na swoje miejsce. Z kolei zespół badaczy z amerykańskiego Uniwersytetu Cornella opracował skórę, która może świecić, zmieniać kształt i poruszać się.
Adres filmu na Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=Ksxh0X0JhUg
Żadne jednak wcześniejsze wynalazki nie są tak zaawansowane, jak skóra wynaleziona przez Tee. Jesteśmy coraz bliżej do stworzenia terminatora.