新材料为“软体”提供突破

机器人蜗牛由突破性的自愈导电材料提供动力

卡内基梅隆大学的工程师开发了一种具有类似金属导电性和自愈特性的柔软材料，这是第一个保持足够电附着力以支持数字电子设备和电机的材料。这一进展发表在《自然电子》上，标志着软博学以及机器人、电子和医学领域的突破。

在卡内基梅隆大学，软体机器人代表了新一代软机器和机器人，由多功能材料制造，具有集成传感、驱动和智能。

研究小组介绍了这种材料，一种液态金属填充的有机凝胶复合材料，具有高导电性、低刚度、高拉伸性和自愈性能，适用于三种应用：

• 抗损伤蜗牛式机器人
• 为玩具车供电的模块化电路
• 可重新配置的生物电极，用于测量身体不同位置的肌肉活动

“这是第一种可以保持足够高的电气附着力以支持数字电子设备和耗电设备的软材料，”主要作者，机械工程教授Carmel Majidi说。“我们已经证明你实际上可以用它为电机提供动力。

完全解绑的蜗牛机器人在其柔软的外部使用了自愈导电材料，该材料嵌入了电池和电动机来控制运动。在演示过程中，该团队切断了导电材料，并观察到其速度下降了50%以上。由于其自愈特性，当手动重新连接材料时，机器人恢复了电气连接并恢复了原始速度的68%。

该材料还可以用作可重构电路的模块化构建模块。在他们的演示中，一块凝胶最初将玩具车连接到电机。当团队将凝胶分成三个部分并将一个部分连接到车顶安装的LED时，他们能够使用剩余的两个部分恢复汽车与电机的连接。

“在实践中，在某些情况下，您希望将这些凝胶状电子产品重复使用并回收成不同的配置，我们的玩具车演示表明这是可能的，”Majidi解释说。

最后，该团队展示了该材料重新配置的能力，可以从身体的不同位置获得肌电图（EMG）读数。由于其模块化设计，有机凝胶可以改装以测量前臂前部肌肉和腿后部的手部活动，以测量小腿活动。这为使用柔软、可重复使用材料的肌电图和心电图等组织电子界面打开了大门。

“软博学是将机器人技术无缝集成到日常生活中，以人类为中心，”Majidi解释说。“我们的凝胶不是与将患者连接到安装在推车上的生物测量硬件的生物监测电极连接起来，而是可以用作生物电极，直接与可以收集信息并无线传输信息的人体安装电子设备接口。

展望未来，Majidi希望将人造神经组织的工作与他对人造肌肉的研究结合起来，以制造完全由柔软的凝胶状材料制成的机器人。