Třesk Marka Schwarzmanna: Nové materiály vylepší tlakové senzory, měkké roboty i protézy

Ilustrační snímek

Ilustrační snímek Zdroj: Shutterstock

Zapomeňte na hydrogely, tedy měkké, vodu vázající „želé“, a seznamte se s ionogely nebo také iontovými gely. Podle materiálových vědců by mohly představovat budoucnost tlakových senzorů, nebo dokonce odolných elektrolytických výplní baterií.

Tým Michaela Dickeyho a jeho kolegů z North Carolina State University na začátku tohoto týdne představil nový druh ionogelu, který je extrémně tuhý, má tvarovou paměť, lze jej deformovat, a navíc velmi levně vyrobit. Ionogel se obecně skládá z mixu řetězců polymerů a iontové kapaliny – tedy „solného roztoku“, který je za pokojové teploty kapalný.

Běžně se pro jejich výrobu používá polymer PAA, známý jako jedna z hlavních složek moderních dětských plen, nebo PAAm, z něhož se vyrábějí kontaktní čočky. V Dickeyho ionogelu je však mix obou zmíněných polymerů a solný roztok tvoří zhruba 70 procent celého materiálu, díky čemuž tento materiál získává svoji výjimečnou tuhost, která představuje nečekaný balanc mezi extrémní měkkostí čistého PAA, a naopak extrémní křehkostí čistého PAAm.

„Je to, jako kdybyste sčítali 1 + 1 a vyšlo vám 10,“ tvrdí Dickey na webu univerzity. Díky vysoké kapalnosti materiálu je možné jej také použít při 3D tisku. Vyzrání pak probíhá za pomoci UV záření.

Gely už známe

„Běžný člověk už jistě slyšel o hydrogelech, tedy polymerových řetězcích napuštěných vodou. Ionogely jsou ale lepší třeba už jen v tom, že se z nich obsažená vlhkost neodpařuje,“ vysvětlil Dickey.

Běžným člověkem určitě myslel třeba uživatele obyčejných kontaktních čoček, které spatřily světlo světa díky geniu Otty Wichterleho, milovníky tofu či želé bonbonů nebo zahradníky, kteří hydrogel přidávají pro stabilní zavlažování rostlin do svých substrátů.

Ale zpět k Dickeyho ionogelu, kterému naneštěstí nedal nějaké chytlavé jméno, a tak musí být můj text protkán tímto zvláštním slovem trochu více, než by se mi líbilo. Jeho výhodou je prý vedle mimořádné schopnosti absorbovat deformační energii také tepelná a elektrická stabilita a vodivost.

A hlavně pak schopnost takzvaného „self-healingu“, tedy samoopravení či zcelování, které už při teplotě 60 stupňů Celsia zabere údajně jen pár desítek sekund. S rostoucí teplotou je pak samoléčba materiálu ještě rychlejší.

Hlavní výhodou gelu je však prý jeho odolnost. „Ta je vyšší než třeba u lidské chrupavky. Rozdíly mezi hydrogely a iono­gely však hovoří pro využití nového mate­riálu zcela jinde než v lékařství,“ tvrdí Dickey s tím, že jeho univerzitní laboratoř již nyní pracuje se – zatím nespecifikovanou – partnerskou průmyslovou firmou a je prý otevřena další spolupráci na vývoji dalších možných aplikací tohoto materiálu. Výzkum bude publikován v nadcházejícím vydání časopisu Nature Materials.

Lepší měkcí roboti

Materiál jednoduchý na výrobu a díky tomu také levný představili na sklonku minulého týdne rovněž výzkumníci z britské University of Cambridge. Jejich nový typ robotického želé – ano, takhle mu opravdu říkají – má podle jejich vyjádření sehrát zásadní roli v měkkých robotech. To jsou nejrůznější druhy ohebných sond nebo v určitém slova smyslu také části nositelné elektroniky.

„Zakomponování měkkých senzorů do robotiky nám umožní získávat více informací o úkonech, které robot provádí. Bude pak snazší reagovat na okolnosti úkonů. Tak to běžně činí lidský mozek, třeba když dostane informaci, jak moc se daný sval napnul,“ vysvětlil první autor studie David Hardman.

Jeho želé je schopné poznat, zda je na některé své části poškozené, a zahájit kroky k tomu, aby se samo opravilo – třeba tak, že procesor robota přestane namáhat daný poškozený ohyb a nechá jej zcelit se. Želé totiž disponuje také formou výše zmíněného „self healingu“.

„Na vývoji samoléčivých mate­riálů pracujeme již několik let. Nyní jsme se zaměřili na faktor rychlosti výroby a je­jí nákladnosti,“ shrnul spoluautor studie Thomas George Thuruthel s tím, že cílem bylo také dopracovat se ke snížení teploty, která je potřebná k zahájení zcelování materiálu.

Cíle prý bylo dosaženo. Jejich robotické želé je postaveno na základech želatiny, a proto je biologicky rozložitelné a zároveň biologicky kompatibilní, pružné a prý i velmi levné. Pro vedení signálů jsou do něj pomocí 3D vytištěny senzory na bázi soli.

Roboti z Boston Dynamics – Tančící humanoidi i smrtonosní zabijáci

Video placeholde
Roboti z Boston Dynamics - Tančící humanoidi i smrtonosní zabijáci • Videohub

Doposud inženýři experimentovali hlavně s 3D tiskem uhlíkovým inkoustem, výsledkem však byla příliš křehká signální linka, kterou bylo nutné chránit tužším materiálem, což ale omezovalo celkové vlastnosti robota. Přítomnost soli také zvýšila citlivost použitých senzorů až trojnásobně.

Vrcholným cílem Britů je průlom ve výrobě protéz, které se co nejvíce chovají jako lidská ruka a zároveň umožňují získávat zpětnou vazbu. Vše je prý na dobré cestě, tak nezbývá než držet palce a doufat, že facka od takové protézy nebude bolet více než ta od „obyčejné“ ruky.