Materiaal zonder hardware reageert op prikkels van buitenaf

De bevindingen zijn gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences.

"Het is niet alleen thermisch en elektrisch geleidend, het is ook intelligent", zegt Carmel Majidi, de universitair hoofddocent werktuigbouwkunde die het Soft Machines Lab leidt bij Carnegie Mellon. "Net zoals de mens zich terugtrekt bij het aanraken van iets heets of scherps, detecteert het materiaal aanraking, verwerkt die informatie, en reageert op zijn omgeving zonder externe hardware. Omdat het neuraalachtige elektrische paden heeft, is het een stap dichter bij kunstmatig zenuwweefsel."

Majidi is een pionier in het ontwikkelen van nieuwe materiaalklassen voor gebruik in zachte materie engineering en zachte robotica. Zijn onderzoeksteam heeft eerder geavanceerde materialen gemaakt met behulp van vervormbare vloeibare metalen micro- en nanodruppeltjes van galliumindium. Dit is de eerste keer dat zijn laboratorium deze techniek combineert met vloeibare kristalelastomeren (LCE’s).

LCE’s zijn als de vloeibare kristallen die worden gebruikt in platte beeldschermen, maar onderling verbonden als in rubber. Omdat ze bewegen wanneer ze worden blootgesteld aan hitte, zijn ze veelbelovende als vervormend materiaal; helaas missen ze de elektrische en thermische geleidbaarheid die nodig is voor de activering van het vormgeheugen. Hoewel stijve vulstoffen kunnen worden opgenomen om de geleidbaarheid te verbeteren, verslechteren deze de mechanische eigenschappen en de vormveranderende eigenschappen van LCE’s. De onderzoekers overwonnen deze uitdagingen door het vloeibare metaal gallium indium te combineren met de LCE’s om een zacht, rekbaar composiet met ongekende multifunctionaliteit te creëren.

Schade

Een ander belangrijk kenmerk van het materiaal is de veerkracht en de reactie op schade. "Schadedetectie gaat een stap verder dan bij eerdere vloeibare metaalcomposieten," verklaarde postdoc en hoofdauteur Michael Ford. "Omdat de schade nieuwe geleidende sporen creëert die vorm-morphing kunnen activeren, reageert de composiet uniek op schade."

Door de hoge elektrische geleidbaarheid van het materiaal kan de composiet communiceren met traditionele elektronica, dynamisch reageren op aanraking, en van vorm veranderen. Hij kan worden gebruikt in elke toepassing die rekbare elektronica vereist: gezondheidszorg, kleding, draagbare computerapparatuur, hulpapparatuur en robots en ruimtevaart.