Een team van wetenschappers van de National University of Singapore (NUS) heeft zich laten inspireren door ongewervelde onderwaterdieren zoals kwallen om een ​​elektronische huid met vergelijkbare functionaliteit te creëren.

Net als een kwal, de elektronische huid is transparant, rekbaar, aanraakgevoelig, en zelfherstellend in aquatische omgevingen, en kan in alles worden gebruikt, van waterbestendige touchscreens tot zachte waterrobots.

Universitair docent Benjamin Tee en zijn team van de afdeling Materials Science and Engineering van de NUS-faculteit Ingenieurswetenschappen ontwikkelden het materiaal, samen met medewerkers van de Tsinghua University en de University of California Riverside.

Het team van acht onderzoekers besteedde iets meer dan een jaar aan de ontwikkeling van het materiaal, en zijn uitvinding werd voor het eerst gerapporteerd in het tijdschrift Natuur Elektronica op 15 februari 2019.

Transparante en waterdichte zelfherstellende materialen voor uiteenlopende toepassingen

Asst Prof Tee werkt al vele jaren aan elektronische huiden en maakte deel uit van het team dat in 2012 de allereerste zelfherstellende elektronische huidsensoren ontwikkelde.

Zijn ervaring op dit onderzoeksgebied bracht hem ertoe de belangrijkste obstakels te identificeren die zelfherstellende elektronische skins nog moeten overwinnen. "Een van de uitdagingen met veel zelfherstellende materialen van tegenwoordig is dat ze niet transparant zijn en niet efficiënt werken als ze nat zijn. " zei hij. "Deze nadelen maken ze minder bruikbaar voor elektronische toepassingen zoals touchscreens die vaak in natte weersomstandigheden moeten worden gebruikt."

Hij ging verder, "Met dit idee in het achterhoofd, we begonnen naar kwallen te kijken - ze zijn transparant, en in staat om de natte omgeving te voelen. Dus, we vroegen ons af hoe we een kunstmatig materiaal konden maken dat de waterbestendige aard van kwallen zou kunnen nabootsen en toch ook aanraakgevoelig zou zijn."

Ze slaagden hierin door een gel te creëren die bestaat uit een polymeer op basis van fluorkoolstof met een fluorrijke ionische vloeistof. Wanneer gecombineerd, het polymeernetwerk interageert met de ionische vloeistof via zeer omkeerbare ion-dipoolinteracties, waardoor het zichzelf kan genezen.

Voortbordurend op de voordelen van deze configuratie, Asst Prof Tee uitgelegd, "De meeste geleidende polymeergels, zoals hydrogels, zwellen op wanneer ze in water worden ondergedompeld of drogen na verloop van tijd in de lucht uit. Wat ons materiaal anders maakt, is dat het zijn vorm kan behouden in zowel een natte als een droge omgeving. Het werkt goed in zeewater en zelfs in zure of alkalische omgevingen."

De volgende generatie zachte robots

De elektronische huid wordt gecreëerd door het nieuwe materiaal in elektronische circuits te printen. Als een zacht en rekbaar materiaal, de elektrische eigenschappen veranderen bij aanraking, geperst of gespannen. "We kunnen deze verandering dan meten, en zet het om in leesbare elektrische signalen om een ​​breed scala aan verschillende sensortoepassingen te creëren, "Asst Prof Tee toegevoegd.

"De 3D-bedrukbaarheid van ons materiaal laat ook zien dat het potentieel heeft om volledig transparante printplaten te maken die kunnen worden gebruikt in robottoepassingen. We hopen dat dit materiaal kan worden gebruikt om verschillende toepassingen te ontwikkelen in opkomende soorten zachte robots, " voegde Asst Prof Tee toe, die ook van de afdeling Electrical and Computer Engineering van NUS is, en het Biomedical Institute for Global Health Research and Technology (BIGHEART) bij NUS.

Zachte robots, en zachte elektronica in het algemeen, hebben tot doel biologische weefsels na te bootsen om ze mechanisch beter te laten voldoen aan mens-machine-interacties. Naast conventionele zachte robottoepassingen, de waterdichte technologie van dit nieuwe materiaal maakt het ontwerp van amfibische robots en waterbestendige elektronica mogelijk.

Een ander voordeel van deze zelfherstellende elektronische huid is het potentieel om afval te verminderen. Asst Prof Tee uitgelegd, "Miljoenen tonnen elektronisch afval van kapotte mobiele telefoons, tabletten, enz. worden elk jaar wereldwijd gegenereerd. We hopen een toekomst te creëren waarin elektronische apparaten gemaakt van intelligente materialen zelfherstellende functies kunnen uitvoeren om de hoeveelheid elektronisch afval in de wereld te verminderen."

Asst Prof. Tee en zijn team zullen hun onderzoek voortzetten en hopen in de toekomst verdere mogelijkheden van dit materiaal te onderzoeken. Hij zei, "Momenteel, we maken gebruik van de uitgebreide eigenschappen van het materiaal om nieuwe opto-elektronische apparaten te maken, die kunnen worden gebruikt in veel nieuwe mens-machine communicatie-interfaces."