Zacht, buigzaam, geleidend, maar toch sterk en bij beschadiging zelfherstellend: een dergelijk materiaal hebben onderzoekers van de Carnegie Mellon University College of Engineering uit het Amerikaanse Pittsburgh ontwikkeld en getest. Het kan nut hebben in robotica en elektronica met stroom- en datavoorzieningen die onder extreme (beweeg)omstandigheden moeten kunnen blijven functioneren.
Het zelfherstellende materiaal bestaat uit een composiet van elastomeren (rubberachtige polymeren), polyelektrolyte (geladen) gels en druppeltjes vloeibaar metaal als geleider voor elektrische stroom.
Nieuwe verbindingen
Als het materiaal mechanisch beschadigd wordt, komen de ijzerdruppels los van elkaar en wordt de geleiding onderbroken. Maar door de vloeibare vorm weten andere ijzerdruppels elkaar weer te vinden, zodat nieuwe geleidende verbindingsbanen ontstaan en de elektriciteit weer kan stromen. Zo repareert het materiaal zichzelf.
Het materiaal is uitgetest met een quadruped robot, waarvan de 4 beweegbare pootjes gemaakt zijn van het nieuwe materiaal. Een microprocessor stuurt elk pootje afzonderlijk aan, via geleidende banen in het materiaal voor stroomtoevoer. De materiaalkundigen publiceerden hun resultaten in vakblad Nature Materials.
Gaten, krassen en uitrekken
Eerst stansten de onderzoekers gaatjes in geleidende banen. Hoewel deze verbindingsbanen onderbroken werden, bleef de geleidbaarheid aanwezig, want de 4 pootjes bleven bewegen.
Vervolgens brachten de onderzoekers loodrecht op de banen met een scherp mes krassen aan. Dat maakte dat de elektrische weerstand slechts licht toenam. Ook wanneer het materiaal flink werd uitgerekt, bleef het elektrische circuit bestaan.
Geleidbaarheid bleef
De quadruped bleef na de ernstige beschadigingen gewoon in dezelfde richting doorlopen. Volgens de onderzoekers is dit te danken aan het feit dat het geleidende materiaal het circuit zelf snel herstelde.
Banen werden weliswaar onderbroken, maar de stroom vond vanzelf een andere weg, zodat de elektrische geleidbaarheid op peil bleef. Dergelijke banen zijn van belang omdat ze zorgen voor de stroomvoorziening of datavoorziening voor cruciale onderdelen van robots en elektronica.
Toepassingen
De onderzoekers verwachten toepassingen van dit materiaal in bijvoorbeeld de ‘zachte’, natuurgeïnspireerde robotica (menselijke weefsels, organismen, protheses), mens-machine-interfaces (hulprobots bij rampen, cobots) en draagbare elektronica (bijvoorbeeld meetapparatuur bij topsporters).
“Als we machines willen bouwen die beter passen bij het menselijk lichaam en de natuurlijke omgeving, moeten we beginnen met nieuwe materialen”, zegt professor Carmel Majidi van het College of Engineering van de Carnegie Mellon University.