卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的工程師開發(fā)出一種具有類金屬導(dǎo)電性和自我修復(fù)特性的軟材料，這是第一種能夠保持足夠電粘附力以支持?jǐn)?shù)字電子產(chǎn)品和電機(jī)的軟材料。這一進(jìn)展發(fā)表在Nature Electronics上，標(biāo)志著軟體機(jī)器人以及機(jī)器人、電子和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的突破。

在卡內(nèi)基梅隆大學(xué)，softbotics 代表了新一代的軟機(jī)器和機(jī)器人，由集成了傳感、驅(qū)動和智能的多功能材料制造。

研究團(tuán)隊介紹了這種材料，一種液態(tài)金屬填充的有機(jī)凝膠復(fù)合材料，具有高導(dǎo)電性、低剛度、高拉伸性和自我修復(fù)特性，可用于三種應(yīng)用(參見隨附視頻)：

(資料圖片僅供參考)

抗損傷的蝸牛機(jī)器人

為玩具車供電的模塊化電路

可重構(gòu)生物電極測量身體不同部位的肌肉活動

“這是第一種可以保持足夠高的導(dǎo)電性以支持?jǐn)?shù)字電子和耗電設(shè)備的軟材料，”主要作者、機(jī)械工程教授 Carmel Majidi 說?！拔覀円呀?jīng)證明你實際上可以用它驅(qū)動電機(jī)?！?/p>

完全不受束縛的蝸牛機(jī)器人在其柔軟的外殼上使用了自我修復(fù)的導(dǎo)電材料，并嵌入了電池和電動機(jī)來控制運動。在演示過程中，該團(tuán)隊切斷了導(dǎo)電材料并觀察其速度下降了 50% 以上。由于其自我修復(fù)特性，當(dāng)手動重新連接材料時，機(jī)器人恢復(fù)了電氣連接并恢復(fù)了原始速度的 68%。

該材料還可以作為可重構(gòu)電路的模塊化構(gòu)建塊。在他們的演示中，一塊凝膠最初將玩具車連接到電機(jī)。當(dāng)團(tuán)隊將該凝膠分成三部分并將其中一部分連接到安裝在車頂?shù)?LED 時，他們能夠使用剩余的兩個部分恢復(fù)汽車與電機(jī)的連接。

“在實踐中，有些情況下您希望將這些凝膠狀電子設(shè)備重復(fù)使用和回收成不同的配置，我們的玩具車演示表明這是可能的，”Majidi 解釋說。

最后，該團(tuán)隊展示了重新配置材料以從身體不同位置獲取肌電圖 (EMG) 讀數(shù)的能力。由于其模塊化設(shè)計，有機(jī)凝膠可以重新裝配以測量前臂前部肌肉的手部活動，以及腿后部的活動以測量小腿的活動。這為使用柔軟、可重復(fù)使用的材料的 EMG 和 EKG 等組織電子接口打開了大門。

“Softbotics 是關(guān)于將機(jī)器人技術(shù)無縫集成到日常生活中，以人類為中心，”Majidi 解釋道?！拔覀兊哪z可以用作生物電極，直接與可以收集信息并無線傳輸?shù)娜梭w電子設(shè)備連接，而不是將患者連接到安裝在推車上的生物測量硬件的生物監(jiān)測電極?！?/p>

展望未來，Majidi 希望將這項關(guān)于人工神經(jīng)組織的工作與他對人造肌肉的研究結(jié)合起來，以制造完全由柔軟的凝膠狀材料制成的機(jī)器人。

“看到軟體機(jī)器人用于監(jiān)測難以到達(dá)的地方會很有趣。無論是可以監(jiān)測水質(zhì)的蝸牛，還是可以在我們的房屋周圍爬行尋找霉菌的鼻涕蟲。”

該研究于 2023 年 3 月 9 日發(fā)表在 Nature Electronics 上。