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

  • 基层一线党旗红丨党员在抗洪救灾一线

  • 辽宁遭遇强降雨 多地转移安置群众

独家策划

推荐阅读
延东煤层气田位于延长县和宜川县境内,是陕西省属企业探明的首个大型深层煤层气田,埋深超2000米,属典型的“自生自储”型深层煤层气藏。
2026-07-15 09:15
中国科学院院士、北京大学干细胞研究中心主任邓宏魁团队发布了其首创的“化学重编程干细胞”技术的自主实验室应用——智能细胞化学重编程和克隆筛选平台。
2026-07-15 09:15
登记面积达37.7万平方公里,绿水青山有了自己的“户口本”。在生态产品价值实现机制方面,探索建立资源权益指标市场化交易机制、生态保护红线内建设用地腾退指标交易激励机制,实现成本共担、生态效益共享。
2026-07-15 09:14
对于我们抢占科技和产业制高点、牢牢把握发展主动权具有重要意义。发展未来产业,前瞻布局管方向、管长远、管全局,梯度培育管路径、管方法、管落实。
2026-07-15 09:14
在美丽乡村建设过程中,推广绿色生产技术、防治农业面源污染等工作的开展,都离不开专业人才
2026-07-15 09:13
国家气候中心预测,今年主汛期我国气候状况总体偏差,极端天气气候事件偏多,东部地区涝重于旱,有南北两条多雨带,其中北方多雨带位于东北地区、内蒙古东北部、华北、华东北部等地。
2026-07-14 10:27
当前,我国传统产业正向着智能化、绿色化、融合化方向转型,这一过程迫切需要青年技能人才的加入。
2026-07-14 10:23
以生态环境高水平保护支撑经济社会高质量发展,须以绿色化引领数字化,以数字化赋能绿色化。
2026-07-14 10:20
据中国载人航天工程办公室消息,13日,将执行嫦娥七号任务的长征五号遥十四运载火箭安全运抵文昌航天发射场。后续,该火箭将与先期运抵的嫦娥七号探测器一起开展发射场区总装和测试工作。
2026-07-14 09:23
2025年,中国汽车取得了三个“全球第一”:汽车产销全球第一,新能源汽车产销全球第一,汽车出口全球第一——中国汽车,已然领跑全球。
2026-07-14 09:22
“数”“绿”深度融合,推动形成具有良好辐射效应的绿色数字产业集群,实现规模效率变革。“数”“绿”深度融合,提高各创新要素和资源的投入产出比,实现全要素生产率变革。
2026-07-14 09:22
正午时分,天山北坡日头正烈。新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州奇台县老奇台镇二畦村,种植户张国安又下地了。
2026-07-13 10:02
“始终坚持生态优先、绿色发展”,是青海发展的根本遵循。
2026-07-13 10:02
时隔9年,中国超算重返世界第一!不久前举行的国际超算大会上,国家超级计算深圳中心发布新一代“灵晟”超算系统,实测持续性能达到2.19EFLOPS(百亿亿次/秒),成为世界首台持续性能超2EFLOPS的超算系统。
2026-07-13 10:01
广东深圳海滨中学篮球场上,一名青年在运动中突然倒地昏迷,出现心脏骤停,在场的师生迅速使用AED(自动体外除颤器)对青年实施心肺复苏,挽救了青年的生命。
2026-07-13 10:01
习近平总书记在全国生态环境保护大会上指出,“要站在人与自然和谐共生的高度谋划发展”。生态环境法典将“人与自然和谐共生”从政治宣示转化为法律语言,从价值理念转化为制度规范。
2026-07-13 09:43
习近平总书记在国家科学技术奖励大会、两院院士大会、中国科协第十一次全国代表大会上强调,“十五五”时期是科技强国建设的关键攻坚期。必须抓住历史机遇,迎接时代挑战,加快推进高水平科技自立自强,向着到2035年建成科技强国的目标坚定迈进,扎扎实实以科技创新支撑和引领中国式现代化。
2026-07-10 09:45
围棋长期被视为高度依赖经验、直觉和审美判断的领域,棋手通过棋谱、布局、定式、手筋和长期对局积累对“好棋”的理解。这类进展的意义,不只是“提高实验效率”,更深层的变化在于,它改变了科学发现中“候选对象”生成的方式。
2026-07-10 09:43
丁烈云认为,面向工程难题,要用工程理论支撑技术突破,打通“工程科学—工程技术—产业应用”完整链条,让前沿科技真正服务于社会。针对高端装备制造转型升级痛点,中国工程院院士郭东明系统阐释了高性能制造的全新发展理念。
2026-07-10 09:41
在9日举行的两院院士大会上,我国石油地质与勘探专家邱中建院士荣获第十六届光华工程科技奖成就奖,高性能精密制造专家郭东明院士等39人荣获光华工程科技奖。
2026-07-10 09:40
加载更多