От умного текстиля до робототехники: что могут роботизированные волокна SHINE
Междисциплинарная команда ученых из Национального университета Сингапура разработала инновационные гибкие волокна с уникальными свойствами. Новый материал, получивший название SHINE (Scalable Hydrogel-clad Ionotronic Nickel-core Electroluminescent), способен излучать свет, восстанавливаться после повреждений и реагировать на магнитные поля.
Эти волокна, обладая гибкостью и высокой прочностью, могут восстанавливаться практически полностью даже после разрезания, возвращая до 98% своей исходной яркости. Они способны работать без проводов и управляться внешними магнитами, что делает их особенно перспективными для использования в мягкой робототехнике, интерактивных дисплеях и умных текстильных материалах.
Руководитель исследования, доцент Бенджамин Ти объяснил, что одной из главных целей разработки стало создание устойчивых материалов, способных совмещать светоизлучающие свойства с функцией самовосстановления. «Мы вдохновлялись биологическими тканями, такими как кожа, которые могут заживать и восстанавливаться. Это позволяет открыть новые форматы для применения подобных материалов, например, в умной одежде», — отметил Ти.
Гибкие волокна, способные излучать свет, привлекают внимание ученых благодаря их потенциалу в таких областях, как носимая электроника, мягкая робототехника и умные ткани. Они могут стать основой для динамического освещения, оптических сигналов и интерактивных дисплеев, повышая интуитивность взаимодействия между человеком и роботами.
Однако до сих пор такие материалы сталкивались с проблемами физической хрупкости и сложностью интеграции сразу нескольких функций в одном устройстве. SHINE-волокна решают эти задачи благодаря сочетанию самовосстановления, световой эмиссии и магнитного управления.
Материал основан на коаксиальной конструкции: никелевое ядро отвечает за магнитные свойства, слой сульфида цинка обеспечивает световое излучение, а гидрогелевая оболочка делает SHINE прозрачными и позволяет им самовосстанавливаться. Благодаря процессу гелеобразования, вызванного ионами, команда смогла создать волокна длиной до 5,5 метров, которые сохраняют работоспособность даже после года хранения на открытом воздухе.
SHINE-волокна демонстрируют рекордную яркость в 1068 кд/м², что значительно превышает стандартный уровень в 300−500 кд/м², необходимый для хорошей видимости в ярко освещенных помещениях.
Процесс самовосстановления основан на химическом восстановлении связей в гидрогелевой оболочке, а также тепловом взаимодействии диполей в никелевом ядре при температуре около 50 . Это позволяет SHINE восстанавливать структуру и функциональность после механических повреждений.
SHINE могут быть использованы для создания умных тканей, которые светятся, остаются прочными после повреждений и способны к самовосстановлению. Дополнительно, благодаря своим магнитным свойствам, волокна можно использовать для создания мягких роботов, которые могут маневрировать в узких пространствах, выполнять сложные движения и передавать оптические сигналы даже после полного разрыва.
Интерактивные дисплеи также могут стать областью применения SHINE, поскольку их магнитные свойства позволяют менять узоры и создавать динамические световые эффекты, что особенно удобно в условиях низкой освещенности.
В будущем команда планирует улучшить точность магнитного управления волокнами для создания более сложных роботов. Еще одной перспективой станет интеграция сенсорных функций, таких как измерение температуры и влажности, в светоизлучающие ткани, полностью изготовленные из SHINE.
Ранее ученые создали гибкие и прозрачные источники ультрафиолетового излучения для электроники и медицины.
