一种可拉伸、透明、能弯曲甚至模仿人类皮肤的电子材料,正在从实验室走向实际应用。芬兰图尔库大学(University of Turku)的研究团队受树叶等自然结构启发,开发出一种全新的柔性电子材料制造方法,为智能手机、医疗假肢等未来设备的设计提供了新的可能。
由材料工程助理教授维普尔·夏尔马(Vipul Sharma)领导的研究团队,专注于制造既柔韧又可持续的电子产品。他们摒弃了传统的刚性材料,转而研究自然界如何构建轻质而坚固的结构,并在工程材料中复现了类似的模式。
夏尔马表示:“我们的目标是高效率,同时只使用环境友好的材料。我们开发的柔性电子材料具有可拉伸、透气、导电且透明的特点,因此比其他同类材料更具优势。”
为验证材料的实用性,研究人员制作了一层电子皮肤,并将其附着在机器人手上。测试显示,集成的压力传感器能够响应触摸,为机器人提供触觉反馈。研究人员认为,这是迈向先进假肢和人机接口的早期一步。未来,类似的电子皮肤有望让假肢使用者感受到压力、温度和湿度,使人工肢体更接近天然感官功能。
软体机器人的新可能
柔性电子技术也正在被集成到软体机器人领域。这类机器人被设计用于安全地与人类互动,并适应复杂环境,应用场景涵盖医疗、工业和救援行动。图尔库大学自动化工程助理教授阿纳斯塔西娅·科伊维科(Anastasia Koivikko)正在开发用于医疗和工业的软体机器人。她指出:“与我的研究团队一起,我们制造了可用于患者肢体康复的软性设备。重要的是,用于辅助患者的机器人必须足够柔软,让人感到舒适且操作安全。”
软体机器人可执行多种任务:在医院中搬运患者,在工业流水线上抓取易损物品而不造成破坏,甚至在地下救援和核电站等高辐射危险环境中替代人类作业。科伊维科举例说:“一个智能软体机器人可以检测水果和浆果是否成熟并进行采摘。它也可以在人类无法进入的危险环境中工作,比如高辐射水平的核电站。”
本土生物质材料助力可持续发展
除了性能,研究团队还关注电子材料的可持续性。他们正在利用芬兰木材生物质开发替代传统硅基组件的环保材料,目的是减少对进口材料的依赖,降低机器人系统的环境足迹。夏尔马强调:“森林是芬兰的石油。欧洲没有其他国家能像芬兰一样便利地获取木材。目前,电子产品中使用的许多材料来自中国。芬兰生物质在国际市场上具有巨大潜力。”
目前,软体机器人可由压缩空气、电力、光或流体驱动,实现膨胀、弯曲甚至从狭小空间跳跃等动作。研究团队认为,尽管软体机器人尚未大规模商业化,但随着智能感知和环保材料的进步,其应用前景广阔。
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