Светоактивируемый гель может оказать влияние на носимые устройства, мягкую робототехнику и многое другое.

Подпись : Инженеры Массачусетского технологического института и их коллеги разработали мягкий, гибкий гель, который резко меняет свою проводимость при воздействии света. На рисунке показана мягкая, растяжимая схема, созданная с помощью прямоугольного стержня из геля. Слева прикреплен медный электрод. Стилус и связанная с ним металлическая сетка соединяют электрод с тремя «станциями» на стержне. На первые две станции был направлен свет, создающий проводимость, которая включает лампочку на каждой станции. Поскольку третья станция не подвергалась воздействию света, она не проводит свет, и лампочка выключена. Источник : Изображение предоставлено лабораторией Уоллина.

Рассмотрим главное различие между живыми системами и электроникой: первые, как правило, мягкие и податливые, а вторые — твердые и жесткие. Теперь же, в рамках работы, которая может повлиять на человеко-машинные интерфейсы, биосовместимые устройства, мягкую робототехнику и многое другое, инженеры и их коллеги из Массачусетского технологического института разработали мягкий, гибкий гель, который резко меняет свою проводимость при воздействии света.

На сцену выходит быстро развивающаяся область ионотроники, которая занимается передачей данных через ионы, или заряженные молекулы. Электроника делает то же самое, используя электроны. Но если последняя область хорошо изучена, то ионотроника все еще находится в стадии развития, за одним огромным исключением: живые системы. Клетки нашего организма взаимодействуют с помощью различных ионов, от калия до натрия.

Ионотроника, в свою очередь, может стать связующим звеном между электроникой и биологическими тканями. Потенциальные области применения варьируются от мягких носимых технологий до человеко-машинных интерфейсов.

«Мы обнаружили механизм динамического управления локальной популяцией ионов в мягком материале», — говорит Томас Дж. Уоллин, профессор кафедры материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института имени Джона Ф. Эллиотта и руководитель исследования. «Это может позволить создать систему, самоадаптирующуюся к внешним воздействиям, в данном случае к свету». Другими словами, система может автоматически изменяться в ответ на изменения освещения, что позволит осуществлять сложную обработку сигналов в мягких материалах.

Недавно в онлайн-журнале Nature Communications была опубликована статья об этой работе в открытом доступе.

Растущая область

Хотя другие исследователи разработали ионотронные материалы с высокой проводимостью, позволяющие быстро перемещать ионы, эту проводимость невозможно контролировать. «Мы используем свет для преобразования мягкого материала из изоляционного в материал, проводимость которого в 400 раз выше», — говорит Сюй Лю, первый автор статьи и бывший научный сотрудник Массачусетского технологического института в области материаловедения и инженерии, а ныне доцент Королевского колледжа Лондона.

Ключевым элементом работы являются материалы, известные как фотоионные генераторы (ФИД). При воздействии света их проводимость может увеличиться примерно в 1000 раз. Команда из Массачусетского технологического института оптимизировала способ внедрения ФИД в полиуретановую резину, сначала растворив порошок ФИД в растворителе, а затем используя метод набухания для его введения в резину.

Воспроизвести видео Видео: Лаборатория Уоллина

Большой потенциал

В материале, описанном в данной работе, изменение проводимости необратимо. Однако Лю уверен, что в будущих версиях можно будет переключаться между изоляционным и проводящим состояниями.

Она отмечает, что нынешний материал был разработан с использованием только одного вида PIG, полимера (полиуретановой резины) и растворителя, но существует множество других видов, сочетающих в себе все три компонента. Таким образом, существует огромный потенциал для создания еще более эффективных светочувствительных мягких материалов.

Лю также отмечает потенциал разработки мягких материалов, реагирующих на другие внешние раздражители, такие как тепло или магнетизм. «Нас вдохновляет на дальнейшую работу в этой области изменение движущей силы с света на другие формы внешних раздражителей», — говорит она.

«Наша работа потенциально может привести к созданию новой области, которую мы называем мягкой фотоионотроникой», — продолжает Лю. «Мы также очень рады возможностям, которые открывает наша работа по созданию новых мягких машин, влияющих на носимые мягкие устройства, человеко-машинные интерфейсы, робототехнику, биомедицину и другие области».

Соавторами статьи также являются Стивен М. Адельмунд, Шахриар Сафаи и Вэньян Пан из Reality Labs в Meta.

Источник: news.mit.edu