北京
通過(guò)聚丙烯和聚酰亞胺，將電路與雙材料致動(dòng)層集成在單一薄膜中。
日本九州大學(xué)的研究人員推動(dòng)了可穿戴技術(shù)的發(fā)展。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種能夠自動(dòng)連接、斷開和重新組合的薄膜電子器件。
這項(xiàng)研究引入了一類全新的“動(dòng)能電子器件”，擺脫了當(dāng)前市場(chǎng)上主流的剛性一體化設(shè)計(jì)。
“如今，大多數(shù)這類器件都被制成固定的一體式系統(tǒng)。一段時(shí)間以來(lái)，我們的團(tuán)隊(duì)一直在研發(fā)動(dòng)能電子器件，也就是集成了致動(dòng)器和電路的薄膜器件，使它們能夠運(yùn)動(dòng)、相互附著并協(xié)同工作。”九州大學(xué)信息科學(xué)與電氣工程學(xué)院的副教授佐佐文洋解釋道。
“在這項(xiàng)研究中，我們致力于開發(fā)這些薄膜模塊之間的機(jī)電對(duì)接機(jī)制，使其能夠根據(jù)需要彼此連接和斷開。”佐佐補(bǔ)充道。
相互對(duì)接
柔性電子是在可彎折材料上制造電路，使器件能夠彎曲和拉伸而不損壞。這種適應(yīng)性使其成為類皮膚可穿戴健康傳感器、柔性醫(yī)療植入物以及能夠安全地與人及狹小空間互動(dòng)的軟體機(jī)器人的理想選擇。
這項(xiàng)新創(chuàng)新源于巧妙的材料組合。團(tuán)隊(duì)將器件的電路與一個(gè)由兩種塑料制成的特殊致動(dòng)層融合在一起：聚丙烯和聚酰亞胺。
當(dāng)內(nèi)置的金微加熱器加熱薄膜時(shí)，兩種塑料以不同的速率膨脹，從而使整個(gè)模塊能夠按指令彎曲。
利用這種彎曲運(yùn)動(dòng)，研究人員設(shè)計(jì)了多種機(jī)械對(duì)接系統(tǒng)。一種版本利用環(huán)狀機(jī)構(gòu)來(lái)連接模塊。另一種則采用爪狀附件，即便在斷電后仍能保持鎖定。
“我們?yōu)檫@種器件開發(fā)了幾種不同的對(duì)接方式。例如，一種可以環(huán)住并鉤住另一個(gè)模塊；另一種帶有爪狀附件，可以鎖定到另一個(gè)器件上，且斷電后依然保持鎖定。”佐佐文洋說(shuō)。
變形裝置
該研究開發(fā)了兩種基于動(dòng)能電子器件的不同構(gòu)型：?jiǎn)纹矫嫣结樠b配機(jī)構(gòu)和分離模塊裝配機(jī)構(gòu)。
有趣的是，該系統(tǒng)成功地在獨(dú)立模塊之間同時(shí)建立了機(jī)械耦合和電氣連通。
系統(tǒng)在5至12 V的低壓下工作，利用探針機(jī)構(gòu)在對(duì)接時(shí)以1.1 W的功率實(shí)現(xiàn)了10 mm的變形。作為補(bǔ)充，高效分離模塊的平均工作功耗僅為0.43 W，同時(shí)可維持618 mgf（6.1 mN）的平均最大保持力。
此外，即便在完全斷電（未供電狀態(tài)）時(shí)，這種連接也依然保持鎖定和連通。這展示了可重構(gòu)、自組裝薄膜系統(tǒng)的可行性。
這項(xiàng)技術(shù)有多項(xiàng)應(yīng)用前景。
未來(lái)，醫(yī)療傳感器可改變形態(tài)以追蹤不同的生命體征；軟體機(jī)器人可以變形，擠過(guò)狹窄空間；破碎的電路或許能自行拼合修復(fù)。
盡管該技術(shù)仍處于起步階段，但最終目標(biāo)是彌合機(jī)械與生物之間的鴻溝。佐佐希望該項(xiàng)目最終能催生先進(jìn)的器件，能夠像生物體一樣——自組裝、適應(yīng)周圍環(huán)境并實(shí)現(xiàn)自主修復(fù)。
該研究成果已發(fā)表在《npj Flexible Electronics》期刊上。
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