Разработана новая «электронная кожа» с функцией самовосстановления

Исследователи Колорадского университета в Боулдере разработали новый тип гибкой, самовосстанавливающейся и полностью утилизируемой «электронной кожи». Она может применяться в различных сферах — от робототехники и протезирования до лучших биомедицинских устройств.

Электронная кожа, известная как e-skin, представляет собой тонкий, полупрозрачный материал, который может имитировать функции и механические свойства кожи человека. В лабораториях по всему миру в настоящее время разрабатывается ряд различных по типу и размерам, а также принципам работы, “электронных кож”, поскольку их ценность в различных областях медицины, науки и техники очень высока. Но оптимального варианта, который удовлетворял бы все предъявляемые требования, еще не было создано.

Новая “электронная кожа” имеет датчики, служащие для измерения давления, температуры, влажности и воздушного потока, сказал Джинлинг Сяо (Jianliang Xiao), доцент кафедры машиностроения Колорадского университета в Боулдере, который возглавляет исследовательские работы. Эта технология имеет несколько отличительных свойств, в том числе новый тип ковалентно связанного динамического сетевого полимера, известного как полиимин, который покрыт серебряными наночастицами, что обеспечивает лучшую механическую прочность, химическую стабильность и электропроводность.

«Уникально в этом то, что химическое соединение полиимина, которое мы используем, позволяет e-skin самовосстанавливаться и полностью перерабатываться при комнатной температуре», — сказал Сяо.

 «Учитывая, что миллионы тонн электронных отходов, образующихся во всем мире каждый год, накапливаются и плохо поддаются переработке, рециклируемость нашей электронной кожи имеет хороший экономический и экологический смысл».

Многие люди знакомы с фильмом «Терминатор», в котором кожа главного злодея фильма «восстанавливалась» через несколько секунд после того, как были получены повреждения, сказал Вэй Чжан, доцент на кафедре химии и биохимии Колорадского университета в Боулдере. Новый процесс не так драматичен, восстановление разрезанной или другим способом поврежденной электронной кожи, включая датчики, осуществляется с использованием смеси трех коммерчески доступных соединений в этаноле, сказал он.

Еще одним преимуществом новой электронной кожи является то, что ее можно легко использовать на изогнутых поверхностях, таких как рука человека или рука робота. При небольшом нагревании материал становится достаточно пластичен, с сохранением всех своих функций.

«Скажем, вы хотели, чтобы робот заботился о ребенке, — сказал Чжан, — в этом случае вы интегрируете “электронную кожу” в пальцы робота, которые могут чувствовать и контролировать давление, оказываемое на ребенка. Идея состоит в том, чтобы попытаться имитировать биологическую кожу с помощью электронной кожи, которая имеет желаемые функции».

Чтобы переработать “электронную кожу”, достаточно погрузить устройство в рециркуляционный раствор, что приводит к деградации полимеров в олигомеры (полимеры со степенью полимеризации обычно ниже 10) и мономеры (небольшие молекулы, которые могут быть объединены в полимеры), которые растворимы в этаноле. Серебряные наночастицы опускаются на дно раствора.

«Рециркулированный раствор и наночастицы затем могут быть использованы для создания новой функциональной электронной кожи», — сказал Сяо.