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软弹性体中的“柔性电”可以改善机器人运动

当发送电信号时,自然界中的某些材料会像橡皮筋一样在尺寸和形状上发生显着变化或变形。这些材料充当能量转换器,当电信号通过时变形或在操纵时供电。这被称为压电性,可用于创建传感器和激光电子设备以及其他几种最终用途。这些天然存在的材料很少见,并且由通常有毒的坚硬晶体结构组成——这对于人类应用来说是三个明显的缺点。

人造聚合物通过消除材料稀缺性和制造能够弯曲和拉伸的软聚合物(称为软弹性体)来缓解这些痛点,但以前,这些软弹性体缺乏显着的压电属性。

研究人员已经在软弹性体中展示了“巨大的柔性电”,可以改善机器人的运动范围,并使自供电起搏器成为真正的可能性。该理论在柔软的橡胶状材料中设计了电力和机械运动之间的联系。虽然一些聚合物是弱压电的,但没有柔软的橡胶状材料是压电的。这些具有增强能力的多功能软弹性体的术语是“巨型柔性电”;换句话说,提高软材料的挠曲电性能。

在大多数软橡胶材料中,挠曲电性非常弱,但通过在分子水平上重新排列晶胞中的链,该理论表明软弹性体可以获得接近常规量 104 倍的挠曲电性。由柔性弹性体制成的类人机器人具有更高的挠曲电性能,将能够进行更大范围的运动来执行物理任务。植入人类心脏并利用锂电池的起搏器可以自行供电,因为自然运动会产生电能。

软弹性体产生和被电信号操纵的机制复制了在人耳中观察到的类似功能。声音击中耳鼓,然后振动并将电信号发送到大脑,在那里它们被解释。在这种情况下,运动可以操纵柔软的弹性体并自行发电为设备供电。这种通过运动自发电的过程比典型的电池更上一层楼。

改善软弹性体的挠曲电效应将是进一步研究的重点。


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