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
В Нью-Йорке может рухнуть 300-метровый небоскреб, причем не один
Власти твердят, что все безопасно, но статистика неумолима: более сотни жалоб, полторы сотни нарушений, больше сотни штрафов...
В мире заканчивается речной песок: чем это грозит человечеству?
Ученые говорят, что это самая не замечаемая, а оттого опасная проблема, которая уже касается миллионов людей...
Контрабандисты оккупировали Восточную Африку: зачем черных муравьев тайно вывозят в Китай и Европу?
Эксперты предупреждают: такой вывоз в итоге закончится непоправимой экологической катастрофой...
К 2060 году половина плотин в мире выйдет из строя: США — главные в черном списке
Эксперты говорят: если не принять меры, часть Соединенных Штатов может полностью опустеть...
В России снова захотели строить железную дорогу в Индию: почему не удались прошлые попытки?
Эксперты говорят: дерзкий проект мог бы принести российской казне миллиардные прибыли...
За рамками науки: дети, которые помнят свои прошлые жизни
Ученые говорят, что феномена реинкарнации нет, но факты утверждают обратное...
Кольца на деревьях раскрыли тайну гибели последней империи кочевников в Евразии
Поразительно, но падение Джунгарского ханства началось за тысячи километров от Азии, в Северной Атлантике...
Самый наглый археологический фейк в истории: итальянец 20 лет показывал туристам фальшивый амфитеатр Цезаря
Судебный процесс длилось почти десятилетие, но даже сейчас эта история очень далека от завершения...
170 миллионов черных дыр прячутся на кладбищах Млечного Пути
Ученые доказали, что в свое время эти космические объекты в буквальном смысле сбежали с места своего рождения...
Тайна огней Марфы, 150 лет не дававшая покоя ученым, похоже, разгадана
Болотный газ? Огни святого Эльма? НЛО? Ответ оказался намного проще и сложнее одновременно...
«Сувенир» от неандертальцев: секреты этих мутаций не разгаданы до конца
Они живут в ДНК 47 000 лет, но почему их совсем нет у африканцев, зато много у жителей Южной Азии...
Авокадо ежедневно меняет пол, и исследователи, наконец, выяснили, как именно
Почему селекционеры и ботаники ждали этого открытия более 100 лет?...