Представьте себе растягивающийся и прочный сенсорный пластырь для мониторинга реабилитации пациентов с травмами локтя или колена или небьющееся и надежное носимое устройство, которое измеряет сердечную деятельность бегуна во время тренировки, чтобы предотвратить опасные для жизни травмы. Инновации в области носимых технологий часто ограничены электронными схемами, которые обычно изготавливаются из проводящих металлов, которые либо жесткие, либо подвержены повреждениям, и которые питают эти интеллектуальные устройства.
Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) недавно изобрели новый сверхгибкий, самовосстанавливающийся и высокопроводящий материал, подходящий для растягиваемых электронных схем. Этот прорыв может значительно улучшить производительность носимых технологий, мягкой робототехники, интеллектуальных устройств и многого другого.
Недавно разработанный материал, называемый двухслойным жидко-твердым проводником (BiLiSC), может растягиваться в 22 раза по сравнению с первоначальной длиной без существенного снижения его электропроводности. Это электромеханическое свойство, которое ранее не было достигнуто, повышает комфорт и эффективность интерфейса человек-устройство и открывает широкий спектр возможностей для его использования в медицинских носимых устройствах и других приложениях.
Профессор Лим Чви Тек, директор Института инноваций и технологий в области здравоохранения NUS и руководитель исследовательской группы, сказал: “Мы разработали эту технологию в ответ на потребность в схемотехнике с высокой производительностью, функциональностью и в то же время “нерушимой” для носимых, роботизированных и интеллектуальных устройств следующего поколения.
“Схема из жидкого металла, использующая BiLiSC, позволяет этим устройствам выдерживать большие деформации и даже самовосстанавливаться, обеспечивая электронную и функциональную целостность”. Профессор Лим и его команда также работают на факультете биомедицинской инженерии при Колледже дизайна и инжиниринга NUS.
Гибкий, самовосстанавливающийся и проводящий “суперматериал”
BiLiSC – это захватывающая технология, которая идеально подходит для использования в носимых устройствах, которые должны учитывать форму тела и различные движения.
Он состоит из двух слоев. Первый слой представляет собой самособирающийся чистый жидкий металл, который может обеспечивать высокую проводимость даже при высокой нагрузке, снижая потери энергии при передаче электроэнергии и потери сигнала при передаче сигнала.
Схемы из жидкого металла с использованием нового разработанного материала, называемого двухслойным жидко-твердым проводником (BiLiSC), позволяют таким устройствам, как носимые устройства, выдерживать большие деформации и даже самовосстанавливаться, обеспечивая электронную и функциональную целостность. Источник: Национальный университет Сингапура
Второй слой представляет собой композитный материал, содержащий микрочастицы жидкого металла, и он способен самостоятельно восстанавливаться после поломки. Когда возникает трещина или разрыв, жидкий металл, вытекающий из микрочастицы, может затекать в зазор, позволяя материалу почти мгновенно залечивать себя, сохраняя свою высокую электропроводность.
Чтобы гарантировать коммерческую жизнеспособность инновации, команда NUS нашла способ создать BiLiSC масштабируемым и экономически эффективным способом.
Об этом технологическом прорыве сообщалось в журнале Advanced Materials в ноябре 2022 года.
Высокая производительность и многофункциональность
Команда NUS продемонстрировала, что BiLiSC может быть встроен в различные электрические компоненты носимой электроники, такие как датчики давления, межсоединения, носимые нагреватели и носимые антенны для беспроводной связи.
В лабораторных экспериментах роботизированная рука, использующая межсоединения, быстрее обнаруживала малейшие изменения давления и реагировала на них. Кроме того, изгибающие и скручивающие движения роботизированной руки не препятствовали передаче сигналов от датчика к блоку обработки сигналов по сравнению с другим соединением, выполненным из небилискового материала.
После успешной демонстрации BiLiSC команда NUS в настоящее время работает над инновационными материалами и технологическим процессом изготовления. Они хотят разработать улучшенную версию BiLiS, которую можно было бы печатать напрямую, не прибегая к шаблону. Это позволило бы снизить затраты и повысить точность изготовления BiLiSC.