点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:“仿真肌肉”或打造现实版阿丽塔
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

“仿真肌肉”或打造现实版阿丽塔

来源:科技日报2021-02-25 09:33

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  1分钟

  即使在较大的应变变形或长时间拉伸的情况下,经过60℃的热修复,新型聚氨酯也能在一分钟内基本恢复到原始长度。

  ◎洪恒飞 记者 江 耘

  在科幻电影《阿丽塔:战斗天使》中,主角阿丽塔的全身由可拉伸电子器件组装而成,质地柔软且具备各种监测和感受功能。其关键组件弹性基体,能使电子器件在大幅度变形后不影响电学性能,同时实时传感外界刺激。此类可拉伸电子器件被学界视作未来仿真机器人以及人体假肢领域的重要组成部分。

  科技日报记者2月21日从中国科学院宁波材料技术与工程研究所获悉,该所朱锦研究员团队开发了一种兼备超强韧、热修复以及自愈合性能的新型聚氨酯(DA-PU)材料,适合用作可拉伸电子产品的弹性基体,确保电子器件在复杂环境下仍能稳定工作,为柔性电子器件的基体开发和应用提供了研究思路和新视角。相关研究论文发表于《先进功能材料》。

  历时两年合成,新材料兼具韧性和自愈合性能

  “作为柔性电子领域的新一代技术,可拉伸电子器件具备更加出色的变形和传感能力。”论文第一作者应邬彬副研究员介绍,整个可拉伸电子器件的力学性能由弹性基体来承载,且其质量占比高达80%以上。目前常用的聚合物弹性基体材料有聚氨酯、硅基橡胶、水凝胶以及苯乙烯基橡胶等。

  机械假肢、贴身动作监测器、各式可穿戴设备……由于可拉伸电子器件面对的应用环境复杂多样,人们希望高分子弹性基体在力学强韧的基础上,拥有人类皮肤的自愈合功能,从而提高可拉伸电子器件的耐用性和工作稳定性。

  目前,在世界范围内,已有科研团队成功开发了多种自愈合弹性基体,但是兼顾力学性能和自愈合性能仍旧是个业界难题。

  “如果弹性基体产生破裂或者完全撕裂,那整个电子器件将会直接失去作用,损失非常大。”应邬彬解释道,大部分弹性基体的分子链结构较为单一,进而限制了其功能单元的引入和自愈合功能的实现。同时,自愈合功能单元大多为动态键,对于普通的化学键来说键能较低,会降低原先分子链结构的结合强度和聚集形态,从而对力学性能产生不利影响。

  “我们选择具有可逆动态自组装功能的基团,将其导入聚氨酯中。”应邬彬介绍说,此类基团不仅能够进行自组装交换,还具有相对较强的结合力,这就是兼具韧性和自愈合性能的关键。

  “此外,拥有自组装效应的基团即使被外力分开,也能通过加热促使其快速运动,最终找到自己的‘另一半’进行再次组装,从而实现和肌肉一样的热修复。”据应邬彬介绍,团队从肌肉生理功能获得启发,历时两年合成了一种主链上电子供体和电子受体基团交替分布的聚氨酯,实现了分子链内和链间的供体与受体自组装,使其具有韧性以及自愈合性能。

  工艺难点尚存,产业化步伐亟须加快

  研究团队经过上百次的实验测得,新合成的聚氨酯具有高达1900%的断裂伸长率,以及强大的韧性。同时,此类聚氨酯还具有优异的自愈合性能,即使中间部分被完全切开,也能够逐渐实现自我修复,其力学性能还会随着时间的推移而增加,并最终恢复到原始韧性的97%。

  “即使在较大的应变变形或长时间拉伸的情况下,经过60℃的热修复,新型聚氨酯也能在一分钟内基本恢复到原始长度。”应邬彬介绍道,这一“仿真肌肉”的合成,为可拉伸电子器件提供了更多应用场景,例如需要大应变的贴身动作监测器、破损情况较多的户外运动监测器等。团队趁热打铁,历时半年制备出了一种可拉伸、自愈合的电容式传感器。

  谈及相关成果的产业化,应邬彬告诉记者,由于该基体的制备需要在惰性气体下进行,成本较高,目前只局限于实验室中的制备。

  应邬彬表示,从弹性基体到可拉伸电子器件的制备转化,已经在许多实验室里得以实现,但还存在诸多工艺难点,比如接口问题、程序设计难等,大多都是小规模的制备,因此可拉伸电子器件目前几乎没有成熟的商业产品出现。实现工业转化还需时间。

  “我们团队一直致力于高分子材料的研发和应用,无论在基础研究还是技术开发方面都有一定的积累,目前也在积极开发相关的产业化工艺。”应邬彬说,相信在不久的将来,人体假肢等领域将会率先出现以可拉伸电子器件为基础的产品,阿丽塔的手臂将成为现实。

[ 责编:武玥彤 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 追寻红色足迹 深学党建思想

  • 青岛邮轮母港开启暑期首航

独家策划

推荐阅读
生成式人工智能正以前所未有的力量重塑全球高等教育。面对这把“双刃剑”,如何在教育赋能与风险防控之间找到平衡,探索适应人工智能时代的高校治理路径,是全球高校共同面对的时代命题。全球高校对生成式人工智能的治理逐渐超越单纯的技术风险防控,迈向关于价值、规则与能力的系统性重构。
2026-07-02 09:20
今后钢铁厂、水泥厂、数据中心等用电大户,不能再随心所欲地使用煤电了,必须消费一定比例的可再生能源。长期以来,我国可再生能源产业发展重心锚定发电侧扩张,风电、光伏装机规模连年攀升,绿色能源供给能力实现跨越式增长。
2026-07-02 09:44
截至目前,全国配发832套流动科技馆,巡展7956站,服务公众2.57亿人次;科普大篷车累计配发1880辆,下沉乡镇及偏远地区,开展活动49.6万次,服务基层公众达4.07亿人次,行驶里程6188.5万公里,相当于绕地球1547圈。
2026-07-02 09:19
国家能源局日前发布《中国供电发展报告2026》,其中显示,我国已建成全球规模最大的电力供应体系,居民用户和小微企业告别了“花钱办电”的历史,人民群众用电获得感明显增强。
2026-07-02 09:40
农机装备是观察我国农业现代化水平的窗口,映射着农业新质生产力在田间地头的蓬勃脉动。用新技术、新场景锻造新农具,推进农机装备全程全面升级,一定能让更多农民挑上“金扁担”。
2026-07-02 09:22
随着SpaceX上市,太空算力再度成为全球科技竞争新焦点。据报道,中国已推动12颗计算卫星实现在轨运行,它们是于2025年5月14日发射升空的全球首个太空计算卫星星座。抓住机遇、乘势而上,中国完全有底气在这场太空算力竞赛中,跑出自己的加速度。
2026-07-01 09:38
电动汽车还与人工智能、新型电力电子技术加速融合,推动车辆从传统交通工具向智能能源终端转变。面对旺盛市场需求,中国电动汽车凭借完整产业链、智能化优势及快速交付能力,正改写全球汽车市场格局,成为稳定全球供应链的关键力量。
2026-07-01 09:33
中国世赛焊接团队全力对标产业升级需求,将比赛成果转化为实际应用,积极探索技能人才成长成才的实践路径。依托10余年的积淀与科学化的集训机制,中国焊接世赛团队终于迎来突破时刻,先后斩获第41届世赛银牌、第42届世赛优胜奖,并在第43届赛事中勇夺该项目的首金。
2026-07-01 09:29
短短几年,林场里农家乐和民宿如雨后春笋般涌现,如今增加到40多家,形成了一条远近闻名的“溪水农家院一条街”。每天午后,我都会沿着林场整洁的步道溜达溜达,一路景色宜人,一路自在惬意。
2026-07-01 09:26
国家税务总局30日发布最新数据显示,今年1至5月份,我国具身智能产业发展向好,呈现多方面亮点。目前,全国近九成具身智能产业企业集中在广东、北京、上海、浙江、江苏,其余少量分布在辽宁、山东、陕西、安徽等10个省市。
2026-07-01 09:24
在6月27日举行的首届西部商业航天大会现场,陕西西安高新区管委会主任陈辉端着一台银灰色的火箭发动机模型走向发布台。“我们要实现星箭总体环节的突破,大力引进培育卫星总体、火箭总体企业,支持卫星智能制造工厂和商业火箭总装线建设。
2026-06-30 10:01
近日,“共和国勋章”获得者、我国著名水稻专家袁隆平相关话题上了热搜。袁隆平带领我国科研工作者,通过雄性不育遗传工具,攻克了利用杂种优势的世界性难题,创建了系统化、原创性的杂交水稻育种体系,开辟出利用水稻杂种优势的新道路,有力保障了国家粮食安全。
2026-06-30 10:01
国家能源局29日发布数据显示,今年1至5月,全国累计完成电力市场交易电量30573亿千瓦时,同比增长24.8%。1至5月,从交易范围看,省内交易电量24361亿千瓦时,同比增长28.5%;跨省跨区交易电量6212亿千瓦时,同比增长12.2%。
2026-06-30 10:01
教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。在资源配置方面,需要强化规划衔接、政策协同,推动教育、科技、产业等多部门资源在人才培养这一共同目标下统筹配置。
2026-06-30 10:00
今年入夏以来,雷电、暴雨、大风等强对流天气轮番登场,其瞬间释放的破坏力令人心生畏惧。若身处人流密集区域,同行人不牵手,应立即进入安装有防雷装置的建筑物、金属车身的汽车等安全区域。
2026-06-30 10:00
美国核能初创企业Antares宣布,其在爱达荷国家实验室安装的小型模块化核反应堆“Mark-0”首次测试达到临界状态,成为特朗普政府发布加速核电发展行政命令以来,第一个突破这一门槛的新型反应堆设计。
2026-06-29 09:43
目前,油田油水井、站库的数字化覆盖率已分别超过97%和93%,物联网将油气生产的每一个末梢都纳入了智慧之网。
2026-06-29 09:41
中国共产党党员、中国工程院院士、著名金属材料专家、华中科技大学教授崔崑同志,因病医治无效,于2026年6月26日在武汉逝世,享年101岁。
2026-06-29 09:40
科学家成功把一束在纳米尺度下被高度囚禁的光,变成了一把能感知原子级形变的超级“尺子”,对材料内部埋藏的微小变形实现了无损探测。
2026-06-29 09:40
27日,国家重大科技基础设施“聚变堆主机关键系统综合研究设施”最大的超导部件——环向场磁体在安徽省合肥市完成最后制备工艺,并通过专家验收。
2026-06-29 09:37
加载更多