Zacht, rekbare materialen die ook elektrisch geleidend zijn, zijn moeilijk te verkrijgen. Het is nog moeilijker om een ​​circuit te maken dat bestand is tegen schade, gaat zo ver dat het zichzelf geneest. Voor onderzoekers van Carnegie Mellon University, echter, dit soort innovaties zijn gewoon een dag op kantoor.

In twee onlangs gepubliceerde artikelen, teams van CMU-onderzoekers boekten vooruitgang in draagbare elektronica en andere zachte machines. Carmel Majidi's Soft Machines Lab (SML) werkt al lang op dit gebied, en deze twee documenten weerspiegelen dat.

Eerder in 2018, Majidi, een universitair hoofddocent werktuigbouwkunde, en zijn team creëerden een circuit dat zichzelf elektrisch kon genezen, dat wil zeggen, het kon blijven functioneren, zelfs nadat de hoofdpaden waren doorgesneden of beschadigd. Nutsvoorzieningen, ze hebben een materiaal gemaakt van vloeibaar metaal dat ook fysiek schade kan herstellen. Wanneer twee stukken elektrisch vloeibaar-metaalcomposieten bij elkaar worden geplaatst, ze kunnen samensmelten op dezelfde manier waarop de huid geneest na een snee. Deze innovatie zorgt ervoor dat circuits meer schade kunnen weerstaan ​​omdat ze het eenvoudig kunnen repareren.

SML bereikte deze vooruitgang met behulp van een vloeibaar metaal gemaakt van een gallium- en indiumlegering. Dit metaal is veiliger dan andere vloeibare metalen zoals kwik, auteurs zeggen. Dankzij deze ontdekkingen kan de technologie worden uitgebreid naar andere polymeren, inclusief gel. Dit vergroot het bereik - en het effect - van hun onderzoek. In feite, circuits gemaakt met vloeibare metalen kunnen worden gewist en opnieuw worden getekend, waardoor ze zeer flexibel zijn.

Deze nieuwe materialen kunnen ook 3D geprint worden. Sarah Bergbreiter, hoogleraar werktuigbouwkunde, werkte samen met Majidi en SML om deze materialen te printen met een nieuw productieproces. Het creëren van 3D-structuren van deze zelfherstellende en herschrijfbare circuits zal het scala aan toepassingen aanzienlijk uitbreiden.

Een van die toepassingen is het oogsten van energie. Energie kan worden opgewekt met behulp van elektriciteit uit contact tussen twee oppervlakken. Stel je voor, bijvoorbeeld, de elektriciteit die je haar doet overeind komen als je er een ballon tegenaan wrijft. Ditzelfde principe kan worden toegepast op draagbare elektronica, waardoor ze energie kunnen oogsten uit menselijke beweging.

Hoewel de theoretische basis er is, dit is de eerste keer dat iemand het heeft kunnen laten werken met behulp van de composiet. Bovendien, vloeibare metalen zijn sterk geleidend, zodat ze gemakkelijk grote hoeveelheden energie kunnen produceren. En, omdat de elektronica zacht en rekbaar is, ze kunnen gemakkelijk in kleding worden geïntegreerd.

Toen Majidi's team het materiaal toevoegde aan een sportbroek, ze waren in staat om genoeg energie uit de beweging van de drager te halen om een ​​hygro-thermometersensor met digitaal display (een klein draagbaar computerapparaat) van stroom te voorzien.

Toepassingen van dit onderzoek zijn verstrekkend. Auteurs zeggen dat het gebruik ervan bio-geïnspireerde robotica kan omvatten, mens-machine interactie, draagbare computers, en zonnecellen. Deze zachte robotica zal zeer flexibel en duurzaam zijn, waardoor een breed scala aan toepassingen mogelijk is.

De krant, getiteld "Gecontroleerde montage van insluitsels van vloeibaar metaal als een algemene aanpak voor multifunctionele composieten, " werd gepubliceerd in Geavanceerde materialen .