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.