具有自我修复能力的防水电子皮肤

来自新加坡国立大学(NUS)的一组科学家从水母无脊椎动物(如水母)中获取灵感,创造出具有类似功能的电子皮肤。

就像水母一样,电子皮肤在水生环境中具有透明,可拉伸,触感敏感和自我修复的特性,可用于从防水触摸屏到水上软机器人等各种物品。

新加坡国立大学工程学院材料科学与工程系的助理教授Benjamin Tee及其团队与清华大学和加州大学河滨分校的合作者共同开发了该材料。

由8名研究人员组成的团队花了一年多的时间开发这种材料,其发明于2019年2月15日在Nature Electronics杂志上首次报道。

透明和防水自愈材料,适用于广泛的应用

Tee教授多年来一直致力于电子皮肤研究,并且是2012年开发出首款自愈式电子皮肤传感器的团队的一员。

他在这个研究领域的经验使他找到了自我修复电子皮肤尚未克服的主要障碍。“今天许多自修复材料的挑战之一是它们不透明,在潮湿时效率不高,”他说。“这些缺点使它们对电子应用的用处不大,例如触摸屏通常需要在潮湿天气条件下使用。”

他继续说道,“考虑到这个想法,我们开始关注水母 - 它们是透明的,能够感知潮湿的环境。所以,我们想知道我们如何制造出能够模仿防水性质的人造材料。水母,但也触摸敏感。“

他们通过制造由碳氟化合物基聚合物和富含氟的离子液体组成的凝胶成功地完成了这项工作。当组合时,聚合物网络通过高度可逆的离子 - 偶极相互作用与离子液体相互作用,这允许其自我愈合。

关于这种配置的优点,Test教授解释说,“大多数导电聚合物凝胶如水凝胶在浸入水中时会膨胀,或者随着时间的推移在空气中变干。使我们的材料与众不同的是,它可以在湿润时保持其形状环境干燥。在海水甚至酸性或碱性环境中都能很好地工作。“

下一代软机器人

通过将新颖材料印刷到电子电路中来创建电子皮肤。作为柔软且可拉伸的材料,其电气特性在被触摸,按压或拉紧时会发生变化。“我们可以测量这种变化,并将其转换为可读的电信号,以创建大量不同的传感器应用,”助理教授Tee补充说。

“我们材料的3D可印刷性也显示了创建可用于机器人应用的完全透明电路板的潜力。我们希望这种材料可以用于开发新型软机器人的各种应用,”Asst Prof教授补充说道。同样来自新加坡国立大学电子与计算机工程系,以及新加坡国立大学全球健康研究与技术生物医学研究所(BIGHEART)。

软机器人和一般的软电子设备旨在模仿生物组织,使其更符合人机交互的机械性能。除了传统的软机器人应用外,这种新型材料的防水技术还可以设计两栖机器人和防水电子设备。

这种自我修复电子皮肤的另一个优点是它有减少浪费的潜力。Tee教授解释说,“每年全球都会产生数百万吨来自破碎手机,平板电脑等的电子废弃物。我们希望创造一个未来,用智能材料制成的电子设备可以执行自我修复功能,以减少世界上的电子废物量。“

下一步

Tee教授和他的团队将继续他们的研究,并希望在未来探索这种材料的更多可能性。他说,“目前,我们正在利用材料的综合特性来制造新型光电器件,这些器件可用于许多新的人机通信接口。”