EPFL heeft minuscule vezels van elastomeer ontwikkeld waarin materialen zoals elektroden en nanocomposietpolymeren kunnen worden verwerkt. De vezels kunnen zelfs de geringste druk en spanning detecteren, en is bestand tegen vervorming van bijna 500 procent voordat ze hun oorspronkelijke vorm herstellen, dat alles maakt ze perfect voor toepassingen in slimme kleding en prothesen, en voor het creëren van kunstmatige zenuwen voor robots.

De vezels zijn ontwikkeld in EPFL's Laboratory of Photonic Materials and Fiber Devices (FIMAP), onder leiding van Fabien Sorin aan de School of Engineering. De wetenschappers bedachten een snelle en gemakkelijke methode om microstructuren in superelastische vezels in te bedden. Bijvoorbeeld, door elektroden toe te voegen op strategische locaties, ze veranderden de vezels in ultragevoelige sensoren. Bovendien, hun methode kan worden gebruikt om in korte tijd honderden meters vezels te produceren. Hun onderzoek is zojuist gepubliceerd in Geavanceerde materialen .

Om hun vezels te maken, de wetenschappers gebruikten een thermisch tekenproces, dat is het standaardproces voor de fabricage van optische vezels. Ze begonnen met het maken van een macroscopische voorvorm met de verschillende vezelcomponenten gerangschikt in een zorgvuldig ontworpen 3D-patroon. Vervolgens verwarmden ze de voorvorm en strekten ze uit, zoals gesmolten plastic, om vezels met een diameter van enkele honderden microns te maken. En terwijl dit proces het patroon van componenten in de lengte uitrekte, het trok het ook kruislings samen, wat betekent dat de relatieve posities van de componenten hetzelfde zijn gebleven. Het eindresultaat was een set vezels met een extreem gecompliceerde microarchitectuur en geavanceerde eigenschappen.

Tot nu, thermisch trekken zou kunnen worden gebruikt om alleen stijve vezels te maken. Maar Sorin en zijn team gebruikten het om elastische vezels te maken. Met behulp van een nieuw criterium voor het selecteren van materialen, ze waren in staat om enkele thermoplastische elastomeren te identificeren die bij verhitting een hoge viscositeit hebben. Nadat de vezels zijn getrokken, ze kunnen worden uitgerekt en vervormd, maar ze keren altijd terug naar hun oorspronkelijke vorm.

Stijve materialen zoals nanocomposietpolymeren, metalen en thermoplasten kunnen in de vezels worden ingebracht, evenals vloeibare metalen die gemakkelijk kunnen worden vervormd. "Bijvoorbeeld, we kunnen drie reeksen elektroden toevoegen aan de bovenkant van de vezels en één aan de onderkant. Verschillende elektroden zullen met elkaar in contact komen, afhankelijk van hoe de druk op de vezels wordt uitgeoefend. Hierdoor zenden de elektroden een signaal uit, die vervolgens kan worden afgelezen om precies te bepalen aan welk type spanning de vezel wordt blootgesteld, zoals druk- of schuifspanning, bijvoorbeeld, ' zegt Sorin.

Kunstmatige zenuwen voor robots

In samenwerking met Professor Dr. Oliver Brock (Robotics and Biology Laboratory, Technische Universiteit van Berlijn), de wetenschappers integreerden hun vezels in robotvingers als kunstmatige zenuwen. Telkens als de vingers iets aanraken, elektroden in de vezels geven informatie door over de tactiele interactie van de robot met zijn omgeving. Het onderzoeksteam testte ook het toevoegen van hun vezels aan kleding met grote mazen om compressie en rekken te detecteren. "Onze technologie zou kunnen worden gebruikt om een ​​aanraaktoetsenbord te ontwikkelen dat direct in kleding is geïntegreerd, bijvoorbeeld", zegt Sorin.

De onderzoekers zien nog veel andere mogelijke toepassingen; het thermische tekenproces kan eenvoudig worden aangepast voor grootschalige productie. Dit is een echte plus voor de maakindustrie. De textielsector heeft al interesse getoond in de nieuwe technologie, en patenten zijn aangevraagd.