Исследователи из Университета Небраски-Линкольна, вдохновлённые обитателями океана, разрабатывают синтетические кожи, которые станут основой для появления «мягких» машин нового поколения, роботов и других устройств.
Кожи имитируют механическое действие хроматофор, которые есть у кальмаров, осьминогов, каракатиц и других видов. Хроматофоры — это органы размером от микрометра до миллиметра, содержащие пигментные мешки, которые становятся более заметными, когда небольшие радиальные мышцы тянут за мешок, заставляя пигмент расширяться под кожей.
«Мы работаем в новой области, которую иногда называют автономными материалами», — сказал Стивен Морин, доцент кафедры химии и автор новой статьи, опубликованной в журнале Advanced Materials. «Автономные материалы имеют возможность взаимодействовать, ощущать и реагировать на окружающую среду в отсутствие пользовательского ввода».
Синтетически разработанные мягкие кожи имитируют переключение цветов у головоногих и позволили создать растягивающиеся массивы микроструктурированных, чувствительных к стимулам версий, — сказал Морин. Несколько слоёв этих синтетических хроматофор можно запрограммировать на реагирование на определённые стимулы окружающей среды, что делает их хорошо подходящими для применения в мягкой робототехнике и человеко-машинных интерфейсах.
Эти материалы могут использоваться в качестве датчиков окружающей среды, а также для отображения информации и сигнализации, в некоторых случаях заменяя существующие технологии отображения, которые питаются от электричества и требуют жёстких, негибких компонентов, таких как экраны компьютеров.
«Это открывает множество интересных возможностей в области мягкой робототехники, новых типов человеко-машинных интерфейсов», — сказал Морин. «Это может включать в себя технологии отображения и отчётности, которые изначально являются растягивающимися и гибкими».
«Представьте, что может сделать кальмар или осьминог с точки зрения создания узоров и делать это очень быстро и динамично… но в полностью синтетической структуре», — сказал Морин, сотрудник Центра материалов и нанонауки Небраски.
«Эти типы устройств очень универсальны», — сказал Бреннан Уоттс, аспирант четвёртого курса по химии, работающий с Морином. «Мы можем точно настроить химию отдельных компонентов… и получить материалы, которые реагируют на очень специфические стимулы».
«У вас может быть носимая технология, которая одновременно сообщает температуру, pH, влажность и другие параметры в данной среде. Сделать это с помощью традиционных технологий было бы сложно измерить всё это одновременно», — сказал Уоттс.
Технология «мягких материалов» не заменит полностью существующие технологии, но их химическая и экологическая универсальность позволяет им работать в различных средах, особенно в водной среде.
Помимо Морина и Уоттса, авторами статьи в Advanced Materials являются Мэтью Р. Джеймисон, Джон М. Капитан, Нэнцзянь Хуан и Дельрой Тейлор, все аспиранты химического факультета университета.
Предоставлено Университетом Небраски-Линкольна.