Такая упругая технология могла сделать возможные роботы, у которых есть сенсорная кожа и поддающиеся растягиванию предметы одежды, которые люди могли бы носить, чтобы взаимодействовать с компьютерами или в терапевтических целях.Однако новые технологии производства должны быть развиты, прежде чем мягкие машины становятся коммерчески практичными, сказала Ребекка Крамер, доцент машиностроения в Университете Пердью.Она и ее студенты работают, чтобы развивать метод фальсификации, который использует сделанный на заказ 3D принтер.
Недавние результаты показывают, как использовать технику, чтобы создать устройства, названные мерами напряжения, которые, как обычно находят, во многом коммерческом применении имеют размеры, сколько что-то протягивает.Результаты детализированы в научно-исследовательской работе, появляющейся на этой неделе в журнале Advanced Functional Materials, и показан на внутренней обложке журнала. Бумага была создана партнером постдиссертации Дж. Уильямом Боли; докторант Эдвард Л. Вайт; Джордж Т.К.
Чю, преподаватель машиностроения; и Крамер.Исследователи включили устройства жидкого сплава в подобный резине полимер, названный polydimethylsiloxane, или PDMS, основанным на кремнии «эластомером». Жидкий индиевый галлием сплав использовался, чтобы создать образцы линий, чтобы сформировать сеть датчиков.
«У этого есть некоторые странные свойства», сказал Крамер. «Галлий окисляется действительно быстро и формирует толстую окисную галлием кожу, которая сложна, чтобы работать с использованием типичных обрабатывающих жидкость методов».Однако исследователи Пердью изобрели метод, который использует в своих интересах окисленную кожу сплава.«Мы эксплуатируем эту окисную кожу при помощи его для структурной стабильности. Это означает, что Вы можете напечатать жидкость на поверхности, и она поддержит стабильные структуры без перемещения», сказала она. «Как только Вы печатаете его, Вы можете перевернуть его или повернуть его на ее стороне, потому что жидкость заключена в кожух этой окисной кожей.
Мы используем это открытие, чтобы включить нашу электронику в эластомер, не разрушая или изменяя печатные структуры во время шагов обработки».Мера по мерам напряжения, сколько материал протягивает или искажает.
Поскольку обычные меры напряжения сделаны из твердого металлического фильма, они не могут измерить больше чем 1-процентную деформацию перед ломкой, тогда как мягкая мера напряжения могла продолжить простираться с материалом, измерив 100 процентов напряжения материала.«Что является захватывающим о мягкой мере напряжения, то, что она может обнаружить очень высокие напряжения и может исказить с почти любым материалом», сказал Крамер. «Кожа вокруг Ваших суставов подвергается приблизительно 50-процентному напряжению, когда Вы сгибаете конечность, поэтому если Вы хотели иметь сенсорную кожу и носимую технологию, которая отслеживает Ваше движение, Вы должны использовать мягкие, поддающиеся растягиванию материалы, которые не ограничат Ваш естественный диапазон движения».Результаты в научно-исследовательской работе описывают, как использовать 3D принтер, чтобы создать мягкие меры напряжения.«Если Вы хотите достигнуть устройства меры напряжения, и Вы хотите, чтобы следы были определенной шириной или высотой, мы можем сказать Вам с нашей статьей точно, какие параметры Вы должны выбрать, включая скорость потока жидкости, скорость стадии и расстояние тупика носика от основания.
Мы создали стратегию дизайна 3D печатающих жидких металлов».Исследование показало, что жидкий сплав с готовностью не придерживается PDMS, тогда как окисная кожа делает. Результаты могут позволить исследователям увеличить это прилипание, шаг, который мог помочь в дальнейшем развитии техники.«Большинство датчиков, сделанных из этих материалов, является prototyped индивидуально и ограниченный масштабом миллиметра», сказал Крамер, который возглавляет команду, которая создала датчик прототипа. «Наш процесс позволяет цифровую фальсификацию датчиков в микромасштабе.
В то время как это – огромный шаг вперед, мы должны продолжить уменьшать масштаб и повышать плотность, чтобы разработать датчики и электронику, которая сопоставима с традиционными, твердыми устройствами и которые подражают функциональности человеческой кожи».Новый процесс также может использоваться, чтобы изготовить датчики давления, конденсаторы и проводников. Ранее, Крамер разработал гиперупругую осязательную клавиатуру, используя те же самые материалы.
«Это – чувствительная клавиатура, которая является гибкой и носимой», сказала она. «Когда Вы будете спешить эластомер, он исказит основные микроканалы, изменяя сопротивление через них».Мягкие машины могли сделать возможные новые типы мягких микроэлектромеханических систем или MEMS.
Текущие MEMS, такие как миниатюрные акселерометры и гироскопы, найденные в бытовой электронике, автомобильных подушках безопасности и других продуктах, сделаны из твердых металлов. Однако развитие мягкого MEMS могло открыть новые заявления.