Исследователи разработали уникальный композит серебро-гидрогель, который обладает высокой электропроводностью и способен пропускать постоянный ток, сохраняя при этом мягкую податливость и деформируемость. Результаты опубликованы в журнале Nature Electronics.

В области робототехники металлы обладают множеством преимуществ — прочность, долговечность и электропроводность. Но они тяжелые и жесткие, а эти свойства не подходят для создания мягких и гибких систем для носимых компьютеров и человеко-машинных интерфейсов.

С другой стороны, гидрогели легкие, растяжимые и биосовместимые, что делает их отличными материалами для изготовления контактных линз и каркасов тканевой инженерии. Однако они плохо проводят электричество, которое необходимо для цифровых схем и приложений биоэлектроники. Исследователи из лаборатории Soft Machines университета Карнеги-Меллона создали уникальный композит серебро-гидрогель, который обладает высокой электропроводностью и способен пропускать постоянный ток. При этом он сохраняет податливость и деформируемость.

Мощность, передаваемая через проводящий композит серебра и гидрогеля, приводила в действие мышцу этого мягкого пловца, вдохновленного скатом, из сплава с памятью формы. Предоставлено: Лаборатория мягких машин, Инженерный колледж, университет Карнеги-Меллона.

Команда поместила серебряные хлопья микрометрового размера в полиакриламидно-альгинатную гидрогелевую матрицу. Пройдя через процесс частичной дегидратации, хлопья образовали перколяционные сети. Они обладали электропроводными свойствами и стали устойчивыми к механическим деформациям. Управляя процессом обезвоживания и гидратации, инженеры заставили хлопья слипаться или разламываться, образуя обратимые электрические соединения.

Предыдущие попытки объединить металлы и гидрогели приводили к компромиссу между улучшенной электропроводностью и пониженной податливостью и деформируемостью. Инженеры стремились решить эту проблему, опираясь на свой опыт в разработке растяжимых проводящих эластомеров с жидким металлом.

Другой вид на пловца-ската. Предоставлено: Лаборатория мягких машин, Инженерный колледж, университет Карнеги-Меллона.

«Обладая высокой электропроводностью и высокой эластичностью, этот новый композит может найти множество применений в биоэлектронике и не только, — объяснил Кармель Маджиди, профессор машиностроения и автор исследования. — Например, можно создать наклейку для мозга с датчиками для обработки сигналов, носимое устройство для выработки энергии для силовой электроники и растягиваемые дисплеи».

Композитное серебро-гидрогель можно напечатать стандартными методами, такими как трафаретная литография. Она похожа на трафаретную печать. Исследователи использовали эту технику для разработки кожных электродов для нервно-мышечной электростимуляции. По словам Маджиди, композит может покрывать большую площадь человеческого тела, «как второй слой нервной ткани на коже».

В будущем композит пригодится при лечении мышечных расстройств и двигательных нарушений, например, пациентам с болезнью Паркинсона или после инсульта.