“神奇新凝胶”完美适配机器人：抗拉伸、导电性高还能“自愈”

为了充分发挥潜力，软体机器人设备不能仅仅由包裹在黏糊糊橡胶中的刚性电子元件组成，还需要一些柔性组件。为此，一组来自美国的科学家们近期开发出了一种几乎完美的新材料，它不仅柔软、会“自愈”，而且导电。

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一直以来，柔软、可拉伸且导电的自修复材料在软体机器人、柔性电子设备，以及需要与天然生物组织的机械性能相匹配的医疗设备中都具有巨大的潜在用途。其中，自修复水凝胶因其高变形能力、低刚度、可回收性和生物相容性而备受关注。

然而，它们的导电性不佳，远低于数字电子产品所需要达到的指标。为了提高水凝胶的导电性，研究人员常常在其中添加导电填料，但是这会对机械性能造成不利的影响。而且就算能设法不降低机械性能，这种材料也无法实现“自我修复”。

在一项最新的研究中，美国卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的科学家们开发了一种全新的凝胶材料，几乎完美解决了上述所有缺陷。最新研究成果已于近期发表在了《自然电子学》杂志上。

具体而言，这种最新材料由胶状聚乙烯醇-硼酸钠组成，其中嵌入银薄片和镓基液态金属液滴。它还被注入了乙二醇，以防止它变干。

研究人员表示，这种材料不仅完全能够传导强大的电流，而且可以拉伸到松弛长度的400%而不断裂。此外，如果一块材料被切成两半，它可以通过机械和电的方式自我恢复成一片。

在实验室的一项测试中，研究人员首先创建了一个受蜗牛启发的爬行机器人，其由一个机载电池和一个嵌入软硅胶外壳中的电动机组成。电机使用一条导电有机凝胶复合材料条连接到车载电池，由于其自修复能力，该复合材料条可以在断线后恢复连接。

据悉，在连接器被部分切断后，速度降低了50%。手动重新连接切断的导电条后(操作时间少于1秒)，蜗牛机器人的爬行速度增加，恢复到初始速度的68%。

随后，他们又将复合材料导电条分成三部分，中间部分连接到屋顶安装的发光二极管(LED)，其余部分用于恢复与电机的连接，这展示了该材料重构电路模块化的潜力。

最后，科学家们还将该导电凝胶复合材料用作可重构生物电极，并证明它可以从身体的不同位置获得肌电图(EMG)读数。结果表明，该材料具有获得高信噪比EMG读数的能力，并且可调整其大小和形状以适应身体不同位置。

卡内基梅隆大学首席科学家Carmel Majidi教授说：“我们的凝胶可以作为生物电极，直接与身体上的电子设备连接，收集信息并无线传输。可能性还不止于此……”

“看到软体机器人被用于监测难以到达的地方会很有趣——无论是可以监测水质的蜗牛，还是可以在我们房子周围爬行寻找霉菌的蛞蝓。”他补充说。

（文章来源：科创板日报）