Остроумный способ изготовления эластичных проводников с помощью швейной машинки
Сегодня трудно представить себе учёного или инженера, который не использует в работе сложное и дорогое оборудование и экзотические материалы, недоступные простым смертным. Но всё же иногда впечатляющие результаты достигаются самыми простыми средствами. Так, Гейм и Новосёлов получили Нобелевскую премию за исследования свойств графена, который они получали с помощью обычного скотча, многократно расслаивая крупинки графита липкой лентой — это способ до сих пор широко используется в лабораториях всего мира. Недавно обнаружилось, что графен можно получать из суспензии графита с помощью бытового блендера и жидкости для мытья посуды. Или вот, например, способ изготовления искусственных «мышц» из обычной рыболовной лески.
По мере того, как компоненты компьютеров становятся всё миниатюрнее, всё реальнее выглядит перспектива создания «умной одежды», медицинского оборудования, протезов, имплантатов со встроенными датчиками и процессорами. Близость этих предметов к человеческому телу диктует необходимость делать их мягкими и эластичными. Для электроники это большая проблема, ведь компьютеры делаются из кремния и металла. Одна из сторон этой проблемы — создание эластичных проводников, соединяющих компоненты. Предлагаются разные варианты — вплоть до полимерных капилляров, заполненных жидким металлом. В Университете Пердью, который является традиционной «кузницей кадров» авиационной и космической промышленности США, разработали технологию создания эластичных проводников с помощью швейной машины, тонкого медного обмоточного провода, нити PVA и силикона.Суть метода очень проста — берётся полиэтиленовая основа и на ней делается зигзагообразный — это умеют практически любые швейные машинки. Как известно, машинки шьют двумя нитями — одна находится сверху и заправлена в иглу, другая подаётся снизу и переплетается с первой, образуя шов. В качестве верхней нити была взята водорастворимая нить PVA, которую можно купить в рыболовном магазине, а в качестве нижней — тонкий обмоточный медный провод. Таким образом, проводник оказывался аккуратно уложен зигзагом и закреплён на полиэтиленовой плёнке. После этого плёнку со стороны проводника заливали силиконом Ecoflex, и после застывания в течение нескольких часов растворяли нить PVA в воде и удаляли полиэтиленовую основу.
Конечный результат — тонкая и эластичная силиконовая лента с проводником внутри. Силикон достаточно надёжно защищает проводник и равномерно распределяет нагрузку при растяжении. Лента выдерживает 120 000 циклов растяжения-сжатия на 30% длины, 50 000 — на 55% и 15 000 — на 110%. Предельное увеличение длины при максимально плотном зигзаге может достигать 500%, но число циклов при экстремальном растяжении резко уменьшается — проволока начинает ломаться в местах сгибов.
Учёные также продемонстрировали возможность применения такого гибкого проводника в реальном медицинском оборудовании. Они сделали датчик растяжения для катетера Фолея, который используется в урологии. Катетер представляет собой резиновую трубку с надувным наконечником. Датчик позволяет контролировать степень раздувания катетера внутри мочевого пузыря. Принцип работы датчика основан на измерении индуктивности кольцевого проводника — она меняется пропорционально диаметру катушки.
