
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

«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....

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

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....

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....

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

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

Ученые рассказали и показали, как выглядит Антарктида без льда
Высокие горы, глубочайшие каньоны, 58 метров до Апокалипсиса и множество других тайн....

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....

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....

Ученый рассказал, как использовались загадочные артефакты из гробницы Тутанхамона
Это было как в фильме «Мумия»: «Фараон должен воскреснуть!»...