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

  • 河北唐山港一季度吞吐量同比增长22.93%

  • 西藏雪山脚下中学操场 雪后风景宛如梦境

独家策划

推荐阅读
26年来,刘公社带领的草种资源与分子育种研究组为国家种质资源库贡献羊草资源260份。构建起从实验室到田间的系统化羊草育繁推体系,研发的中科羊草系列品种在我国内蒙古、新疆、陕西、甘肃等地已得到大力推广。
2021-04-13 09:41
刚刚过去的假期,山东科技大学教授王友清几乎都是在实验室度过的,他想早日让糖尿病患者用上“智能胰脏”。他研制的“智能胰脏”能根据患者血糖动态变化,实时调节胰岛素注射速度。
2021-04-13 09:38
记者在车间见到赵晶时,这位中国兵器工业集团内蒙古第一机械集团有限公司第四分公司数控车工正盯着一张被写得密密麻麻的图纸,仔细研究着。大眼睛、短头发,面容精致,如果脱掉工装,谁都不会把赵晶与兵工厂的车床联系在一起。
2021-04-13 09:38
每一个孩子都有一个科幻梦,“95后”的彭鸣皋也不例外。如今,他创立了自己的在线教育平台,为百万孩子实现梦想助力。
2021-04-13 09:37
2020年,浙江省海宁市尖山新区新能源发电量5亿多千瓦时,按照每月用电200度计算,这些电量足够20多万户家庭使用一年,相当于一个中等县城的居民年用电量。而且都是清洁能源,折合年节约煤炭20多万吨,少排放二氧化碳近50万吨。
2021-04-13 09:34
我国是世界上养殖水产品总量超过捕捞总量的主要渔业国家。据农业农村部发布的《2019年全国渔业经济统计公报》,2019年全国水产品总产量6480.36万吨,其中,养殖产量5079.07万吨。
2021-04-13 09:33
近日,德国航空航天中心(DLR)成功测试了两种先进的“绿色”燃料,有望替代肼基燃料成为下一代太空应用燃料。
2021-04-13 09:29
日前,德国拜罗伊特大学和图宾根马克斯·普朗克发育生物学研究所科学家开发出一种新型传感器,可以实时显示植物细胞中生长素的空间分布,并可快速检测环境变化对植物生长的影响。
2021-04-13 09:29
美国国防高级研究计划局(DARPA)正在寻求高性能计算领域的创新。据HPCwire网站、DARPA官方网站等近日报道称,DARPA启动一项“低温逻辑技术”计划,其重点是进一步扩展功率密度以提高计算性能,从而解决到达摩尔定律扩展极限后所面临的问题。
2021-04-13 09:28
据美国阿贡国家实验室官网近日报道,该机构科学家与西北大学和佛罗里达大学合作,制造出了由硼和氢原子构成的稳定纳米片,这种名为氢化硼烯的二维材料仅两个原子厚,且比钢更坚固,有望在纳电子学和量子信息技术领域“大显身手”。
2021-04-13 09:28
4月12日,第十七届中国国际机床展览会(以下简称机床展)在北京中国国际展览中心(新馆)举办,来自27个国家和地区的1500多家机床工具行业制造商参展,展出总面积达13.5万平方米。作为全球四大国际机床展之一,本届机床展以“融合共赢智造未来”为主题。
2021-04-13 09:27
“当前,世界主要国家和地区高度重视新能源技术发展,不断加大投入力度。新能源技术创新与颠覆性能源技术突破已经成为持续改变世界能源格局、开启全球各国碳中和行动的关键手段。”4月12日,在《新能源技术研究的机遇与挑战》报告(以下简称报告)发布会上,中国科学院科技战略咨询研究院院长潘教峰指出。
2021-04-13 09:19
关于储存在东京电力福岛第一核电站内的核污水,日本政府基本确定以放入海洋的形式进行处理,最早将在4月13日召开阁僚会议并正式决定。
2021-04-13 09:18
甲虫是从什么时候开始化身成为被子植物的“红娘月老”?4月12日在植物学顶级刊物《自然—植物》刊发中国科学院南京地质古生物研究所一项新发现:一枚9900万年前的琥珀化石中包裹着的短翅花甲及花粉、粪便,为白垩纪甲虫取食花粉的生态关系的建立提供了直接证据。
2021-04-13 09:15
北京时间4月7日23时,一只高7.6米、“腰围”10米、体重12吨的庞大“神兽”,悄悄“潜”入了南海2000米的水下。
2021-04-13 09:15
3月18日,西安市一名完成两针疫苗接种的检验师确诊为新冠肺炎病例。而对预防新冠病毒感染方面,不同技术路线可能稍微有点差异,未来可以从接种策略的角度、持续研发的角度通过研究进一步加强。
2021-04-13 09:14
高精度的时频传递和比对技术,在计量科学、相对论检验、引力波探测、广域量子通信、深空导航定位等方面具有重要价值。
2021-04-12 20:17
据英国《自然》杂志在线版近日刊登的文章,NIH与SCGE联合会日前发起人类体细胞基因组编辑计划,在开发新技术、确定人类细胞中基因组编辑的功能及后果的同时,秉持严谨且创新的方法,对各种技术加以验证,以加速科学界对多种疾病新疗法的临床开发。
2021-04-12 09:58
50米长的自动化流水线上闪着星星点点的指示灯光,一颗颗待加工成型的电池在其中飞快地穿梭流转。在两条均由电脑控制的流水线外,还各有一台智能AGV小车,在机器将电池成品装筐之后,小车会根据指令把成品运到指定堆放场地。
2021-04-12 09:55
近日,作为城市治理指挥调度的“驾驶舱”和“智慧中枢”,海淀城市大脑智能运营指挥中心(IOCC)正式投入运行,在人工智能的加持下,城市大脑将重塑城市治理模式。
2021-04-12 09:49
加载更多