
Британцы разработали упругие батарейки-тянучки
Специалисты из Кембриджского университета разработали эластичные желеобразные батарейки, которые в перспективе можно будет использовать для создания носимых устройств и мягкой робототехники. А также рассматривается вариант имплантировать их в мозг для лечения таких неврологических недугов, как эпилепсия.
Изобретатели почерпнули основу идеи в биологии: электрические угри оглушают своих жертв разрядом из электроцитов, видоизменённых мышечных клеток. Подобно электроцитам, «желешки» из Кембриджа слоисты, вроде липкого подобия «Лего», что придаёт им способность пропускать электроток.
Желеобразные батарейки с памятью первоначальной формы можно растягивать более чем в десять раз от исходной длины без ущерба для электропроводности. Создатели утверждают, что скрестить такую степень растяжимости и электропроводность в едином материале удалось впервые.
Желеобразные батарейки скомпонованы из гидрогелей — трёхмерных полимерных сеток, более чем на 60% насыщенных водой. Полимеры сохраняют целостность за счёт обратимых взаимодействий, контролирующих механические свойства желе.
Пригодность для имитации физических характеристик человеческих тканей делает гидрогели превосходными кандидатами для применения в мягкой робототехнике и биоэлектронике. Однако для использования таким образом они должны быть токопроводящими и эластичными.
Первый автор научного проекта Стивен О’Нил признался, что было непросто разработать материал, обладающий сразу и отличной растяжимостью, и электропроводностью. Ранее эти два свойства считались противоположностями, так как проводимость имела склонность уменьшаться, когда материал растягивали.
Обычно гидрогели изготавливают из полимеров с нейтральным зарядом, добавил соавтор изобретения Джейд Маккьюн. Но они могут стать токопроводящими, если изменить солевую составляющую каждого геля, сделав липкой и спрессовав вместе несколько слоёв, дабы повысить энергетический потенциал.
В обычной электронике используются жёсткие детали с металлами, в которых носителями заряда служат электроны. А в изобретённых желеобразных батарейках для переноса заряда используются ионы, как в тканях электрических угрей.
Гидрогели накрепко пристают друг к другу за счёт обратимых связей между слоями с помощью похожих на наручники молекул-контейнеров, называемых кукурбитурилами. Прочная адгезия (прилипание) между слоями, обеспечиваемая такими молекулами, позволяет растягивать желеобразные батарейки без разрыва слоёв и не теряя электропроводности.
Руководивший исследованием профессор Орен Шерман объяснил, что свойства желеобразных батареек — мягкость и адаптируемость — делают их интересными для применения в медицинских имплантатах в будущем. То есть можно отрегулировать механические показатели гидрогелей так, чтобы они соответствовали тканям человека. Не содержащий жёстких металлов гидрогелевый имплантат с гораздо меньшей вероятностью будет отторгнут организмом и едва ли вызовет рубцевание тканей.
Наряду со своей мягкостью гидрогели также очень прочны. Они успешно переносят раздавливание без необратимой потери своей первоначальной формы и могут восстанавливаться после приложенного к ним усилия.
Теперь авторы упругих батареек-тянучек планируют протестировать гидрогели на подопытных животных, чтобы оценить пригодность разработки для медицины.
Изобретатели почерпнули основу идеи в биологии: электрические угри оглушают своих жертв разрядом из электроцитов, видоизменённых мышечных клеток. Подобно электроцитам, «желешки» из Кембриджа слоисты, вроде липкого подобия «Лего», что придаёт им способность пропускать электроток.
Желеобразные батарейки с памятью первоначальной формы можно растягивать более чем в десять раз от исходной длины без ущерба для электропроводности. Создатели утверждают, что скрестить такую степень растяжимости и электропроводность в едином материале удалось впервые.
Желеобразные батарейки скомпонованы из гидрогелей — трёхмерных полимерных сеток, более чем на 60% насыщенных водой. Полимеры сохраняют целостность за счёт обратимых взаимодействий, контролирующих механические свойства желе.
Пригодность для имитации физических характеристик человеческих тканей делает гидрогели превосходными кандидатами для применения в мягкой робототехнике и биоэлектронике. Однако для использования таким образом они должны быть токопроводящими и эластичными.
Первый автор научного проекта Стивен О’Нил признался, что было непросто разработать материал, обладающий сразу и отличной растяжимостью, и электропроводностью. Ранее эти два свойства считались противоположностями, так как проводимость имела склонность уменьшаться, когда материал растягивали.
Обычно гидрогели изготавливают из полимеров с нейтральным зарядом, добавил соавтор изобретения Джейд Маккьюн. Но они могут стать токопроводящими, если изменить солевую составляющую каждого геля, сделав липкой и спрессовав вместе несколько слоёв, дабы повысить энергетический потенциал.
В обычной электронике используются жёсткие детали с металлами, в которых носителями заряда служат электроны. А в изобретённых желеобразных батарейках для переноса заряда используются ионы, как в тканях электрических угрей.
Гидрогели накрепко пристают друг к другу за счёт обратимых связей между слоями с помощью похожих на наручники молекул-контейнеров, называемых кукурбитурилами. Прочная адгезия (прилипание) между слоями, обеспечиваемая такими молекулами, позволяет растягивать желеобразные батарейки без разрыва слоёв и не теряя электропроводности.
Руководивший исследованием профессор Орен Шерман объяснил, что свойства желеобразных батареек — мягкость и адаптируемость — делают их интересными для применения в медицинских имплантатах в будущем. То есть можно отрегулировать механические показатели гидрогелей так, чтобы они соответствовали тканям человека. Не содержащий жёстких металлов гидрогелевый имплантат с гораздо меньшей вероятностью будет отторгнут организмом и едва ли вызовет рубцевание тканей.
Наряду со своей мягкостью гидрогели также очень прочны. Они успешно переносят раздавливание без необратимой потери своей первоначальной формы и могут восстанавливаться после приложенного к ним усилия.
Теперь авторы упругих батареек-тянучек планируют протестировать гидрогели на подопытных животных, чтобы оценить пригодность разработки для медицины.
- Дмитрий Ладыгин
- science.org
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Планшет, пролежавший в Темзе пять лет, помог раскрыть серию запутанных преступлений
Эксперты говорят: даже вода не смогла стереть цифровые следы....

«Инопланетяне» на Земле? Древние 8-метровые «грибы» оказались совершенно неизвестной формой жизни
Вот уже 180 лет подряд живые «башни» ставят в тупик всю науку....

«Шерстистый дьявол» обнаружен в пустыне, на границе Мексики и США
Ученые говорят: такой уникальной находки не было последние полвека....

Американские спецслужбы скрывают правду о самой древней из библейских реликвий?
Экстрасенс ЦРУ предупредил: Ковчег Завета убьет каждого, кто к нему прикоснется....

Похоже, что проблема космического мусора в скором времени будет решена раз и навсегда
Новая технология не только очистит космос, но и поможет спутникам работать втрое дольше....

Скрытые миллиарды: население Земли оказалось гораздо больше, чем считалось
Новые исследования бросают вызов официальным демографическим данным....

Почему мы не помним себя младенцами? Новое исследование дало ответы
Возможно, помним, но «ларчик» заперт....

Археологи ликуют: в Испании нашли рисунки, которые старше человечества!
200 000-летняя находка заставит пересмотреть учебники....

Астрофизики рассказали, почему Вселенная замедляется вопреки предсказаниям Эйнштейна
Если открытие DESI и ослабление темной энергии подтвердится, учебники придется переписать....

iPhone, давай до свидания! Илон Маск презентовал инновационный смартфон PhoneX
Это устройство слишком прекрасно для нашей реальности....

Ученые поражены: мыши, как спасатели, оживляют своих сородичей, попавших в беду
Открытие, от которого дрогнет даже самое черствое сердце....

Кислород устарел! Ученые нашли новый ключ к внеземной жизни
Гицеанические миры могут стать новой надеждой астрофизиков....

Самые массовые и дикие розыгрыши на 1 апреля в мировой истории
Это вам не просто «вся спина белая»....

На 100 000 лет раньше людей: ученые рассказали, кто устроил первые похороны на планете
Загадочные карлики Homo naledi, чей мозг был размером с апельсин, оказались не глупее нас с вами....

Секретная мутация гена: оказалось, ее имеют все обитатели Марианской впадины
Поразительное открытие китайских ученых может изменить всю теорию эволюции....

10 лет за 48 часов: ИИ полностью переиграл ученых в поисках секрета супербактерий
Однако эксперты предупреждают: нейросети не только ускоряют науку, они запросто могут столкнуть нас в пропасть....