Специалисты Швейцарской Федеральной политехнической школы Лозанны создали из эластомера миниатюрные волокна, способные содержать в себе материалы, вроде электродов и нанокомпозитных полимеров. Они могут чувствовать легчайшее давление и напряжение, а также выдерживать деформацию до 500% до восстановления первоначальной формы.
Все эти свойства делают материал идеальным решением для умной одежды, протезов и искусственных нервов роботов, сообщает phys.org.
Волокна были созданы командой под руководством Фабьена Сорина. Исследователи нашли способ быстро и легко внедрять микроструктуры в сверхэластичные волокна. В данном случае они поместили электроды в стратегические локации, превратив материал в сверхчувствительные датчики. Более того, методика может использоваться для производства сотен метров волокна за короткое время.
Исследование представлено в Advanced Materials.
Для изготовления волокон команда использовала процесс термовытяжки – стандартное решение для производства оптоволокна. Ученые начали с создания макроскопической преформы с различными волоконными компонентами, аккуратно собранными в трехмерную структуру. Ее нагревают и растягивают, как расплавленный пластик. В результате получаются волокна диаметром в несколько сотен микрон. Растягивание по вертикали и горизонтали обеспечивает сравнительно стабильное положение компонентов. Готовые волокна имеют сложную микроархитектуру и улучшенные свойства.
Ранее с помощью методики можно было получить только жесткие волокна. Но Сорин с командой изготовили эластичные структуры. Благодаря новому критерию выбора материалов, ученые смогли определить несколько термопластиковых эластомеров, имеющих высокую вязкость при нагреве. После вытяжки волокна легко переносят деформацию, всегда возвращаясь в начальную форму.
«Сейчас мы можем добавить 3 цепочки электродов сверху волокна, и одну – снизу. Разные элементы будут вступать в контакт друг с другом, в зависимости от давления. Оно заставит электроды передавать сигнал, который можно будет считывать и определять тип воздействия на волокно», — сказал Сорин.
Вместе с профессором Оливером Броком из Берлинского технического университета, исследователи внедрили свои волокна в роботизированные пальцы в качестве искусственных нервов. При касании электроды передавали сигнал о тактильном взаимодействии.