«Глексоэлектричество» в мягких эластомерах может улучшить движение робота

Некоторые материалы в природе могут значительно изменяться в размере и форме — или деформироваться — как резиновая лента, когда посылается электрический сигнал. Материалы действуют как преобразователь энергии, который деформируется при подаче электрического сигнала или подает электричество при манипулировании. Это называется пьезоэлектричество, и оно полезно при создании датчиков и лазерной электроники, а также в ряде других конечных применений. Эти встречающиеся в природе материалы встречаются редко и состоят из жестких кристаллических структур, которые часто бывают токсичными — три очевидных недостатка для применения человеком.

Искусственные полимеры предлагают шаги к облегчению этих болевых точек за счет устранения нехватки материалов и создания мягких полимеров, способных изгибаться и растягиваться, известных как мягкие эластомеры, но ранее эти мягкие эластомеры не обладали значительными пьезоэлектрическими свойствами.

Исследователи продемонстрировали «гигантское флексоэлектричество» в мягких эластомерах, которое может увеличить диапазон движений роботов и сделать реальными кардиостимуляторы с автономным питанием. Эта теория устанавливает связь между электричеством и механическим движением в мягких резиноподобных материалах. Хотя некоторые полимеры обладают слабым пьезоэлектрическим свойством, мягких резиноподобных материалов, обладающих пьезоэлектрическими свойствами, не существует. Термин для этих многофункциональных мягких эластомеров с повышенной способностью — «гигантское флексоэлектричество»; другими словами, повышение флексоэлектрических характеристик мягких материалов.

В большинстве мягких резиновых материалов флексоэлектричество довольно слабое, но, перестраивая цепи в элементарных ячейках на молекулярном уровне, теория показывает, что мягкие эластомеры могут достигать флексоэлектричества почти в 104 раз по сравнению с обычным значением. Человекоподобные роботы, изготовленные из мягких эластомеров с повышенными флексоэлектрическими свойствами, будут способны совершать больший диапазон движений для выполнения физических задач. Кардиостимуляторы, имплантированные в сердце человека и работающие на литиевых батареях, могли бы работать автономно, поскольку естественное движение генерирует электроэнергию.

Механизм мягких эластомеров, генерирующих и управляемых электрическими сигналами, повторяет аналогичную функцию, наблюдаемую в человеческом ухе. Звуки попадают в барабанную перепонку, которая затем вибрирует и посылает электрические сигналы в мозг, где они интерпретируются. В этом случае движение может манипулировать мягкими эластомерами и генерировать электричество для самостоятельного питания устройства. Этот процесс самогенерации энергии за счет движения является шагом вперед по сравнению с обычной батареей.

Усилия по улучшению флексоэлектрического эффекта в мягких эластомерах будут в центре внимания дальнейших исследований.