"Flexo-elektriciteit" in zachte elastomeren kan robotbeweging verbeteren

Sommige materialen in de natuur kunnen aanzienlijk in grootte en vorm veranderen - of vervormen - zoals een rubberen band wanneer een elektrisch signaal wordt verzonden. De materialen fungeren als een energieomzetter die vervormt wanneer een elektrisch signaal wordt verzonden of elektriciteit levert wanneer deze wordt gemanipuleerd. Dit wordt piëzo-elektriciteit genoemd en is nuttig bij het maken van sensoren en laserelektronica, naast verschillende andere eindtoepassingen. Deze natuurlijk voorkomende materialen zijn zeldzaam en bestaan ​​uit stijve kristallijne structuren die vaak giftig zijn - drie duidelijke nadelen voor menselijke toepassingen.

Door de mens gemaakte polymeren bieden stappen om deze pijnpunten te verlichten door materiaalschaarste te elimineren en zachte polymeren te creëren die kunnen buigen en strekken - bekend als zachte elastomeren - maar voorheen hadden die zachte elastomeren geen significante piëzo-elektrische eigenschappen.

Onderzoekers hebben "gigantische flexo-elektriciteit" aangetoond in zachte elastomeren die het bewegingsbereik van de robot zouden kunnen verbeteren en zelfaangedreven pacemakers een reële mogelijkheid zouden maken. Deze theorie legt een verband tussen elektriciteit en mechanische beweging in zachte, rubberachtige materialen. Hoewel sommige polymeren zwak piëzo-elektrisch zijn, zijn er geen zachte, rubberachtige materialen die piëzo-elektrisch zijn. De term voor deze multifunctionele zachte elastomeren met verhoogd vermogen is "gigantische flexo-elektriciteit"; met andere woorden, het verbeteren van de flexo-elektrische prestaties in zachte materialen.

In de meeste zachte rubbermaterialen is de flexo-elektriciteit vrij zwak, maar door de ketens in eenheidscellen op moleculair niveau te herschikken, laat de theorie zien dat zachte elastomeren een flexo-elektriciteit kunnen bereiken van bijna 104 keer de conventionele hoeveelheid. Mensachtige robots gemaakt met zachte elastomeren die verhoogde flexo-elektrische eigenschappen bevatten, zouden in staat zijn tot een groter bewegingsbereik om fysieke taken uit te voeren. Pacemakers die in menselijke harten zijn geïmplanteerd en die lithiumbatterijen gebruiken, kunnen in plaats daarvan zelfvoorzienend zijn omdat natuurlijke beweging elektrische stroom genereert.

De mechanica van zachte elastomeren die elektrische signalen genereren en manipuleren, bootsen een vergelijkbare functie na die wordt waargenomen in menselijke oren. Geluiden raken het trommelvlies, dat trilt en elektrische signalen naar de hersenen stuurt, waar ze worden geïnterpreteerd. In dit geval kan beweging zachte elastomeren manipuleren en elektriciteit opwekken om zelfstandig een apparaat van stroom te voorzien. Dit proces van zelfopwekking van energie door beweging is een stap hoger dan een normale batterij.

Inspanningen om het flexo-elektrisch effect in zachte elastomeren te verbeteren, zullen de focus zijn van verder onderzoek.