Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали токопроводящую пасту с магнитными частицами, благодаря чему электрическая цепь может рекордно быстро восстанавливаться после повреждения. Статья опубликована в Science Advances.
Зачастую самовосстанавливающиеся материалы требуют или воздействия внешнего катализатора, или достаточно долго «залечивают» даже небольшие повреждения — обычно на этот процесс требуется от нескольких минут до нескольких дней.
В новой работе ученые описывают токопроводящую пасту, которая самостоятельно восстанавливается за рекордно короткое время — 50 миллисекунд. В состав материала входят частицы неодимового магнита, также для улучшения электрохимических свойств материала в него добавили технический углерод. Частицы магнита при печати пастой электрической цепи подвергаются воздействию внешнего магнитного поля, благодаря чему после застывания пасты они ориентированы строго в противоположных полярностях относительно друг друга.
При повреждении материала частицы притягиваются обратно, восстанавливая токопроводящую дорожку и цепь снова замыкается. При этом ширина разрыва в материале может достигать трех миллиметров и материал может восстанавливаться после многократного повреждения — в частности, ученые девять раз разрезали один и тот же участок дорожки. По словам авторов работы, им неизвестен самовосстанавливающийся материал с подобными характеристиками, и такая токопроводящая паста может быть использована для создания самовосстанавливающихся аккумуляторов, электрохимических датчиков и носимой электроники.
Самовосстанавливающиеся материалы могут использоваться в самых разных сферах. Например, немецкие ученые разработали самовосстанавливающуюся резину. Полностью процесс восстановления занимает до восьми суток, при этом механические свойства материала (предел прочности, пластичности, модуль упругости) превосходят свойства вулканизованного бромбутилкаучука. Также существует биоцемент с бактериями, который может самостоятельно «залечивать» трещины или расти при возрастании давления.
Пока лишь со скоростью 1,6 миллиметра в секунду
Американские инженеры разработали робота, способного автономно передвигаться в толще сыпучего материала, проталкивая себя вперед с помощью двух конечностей, напоминающих плавники. В испытаниях робот продемонстрировал способность передвигаться в песке на глубине около 127 миллиметров со скоростью до 1,6 миллиметра в секунду. Статья опубликована в журнале Advanced Intelligent Systems. Сыпучие материалы, такие как песок, мягкие почвы, снег или лунный реголит, представляют собой довольно сложную среду для передвижения. Объекты, движущиеся в их толще, испытывают высокое сопротивление, возрастающее с глубиной погружения. Кроме того, сыпучая среда ограничивает возможности зондирования и обнаружения препятствий. Тем не менее инженеры пытаются создать роботов, способных передвигаться в таких условиях. Например, американские разработчики представили прототип робочервя, способного двигаться в толще песка. Для снижения сопротивления он выдувает перед собой воздух, и одновременно разматывает мягкую оболочку своей передней части, выталкивая ее вперед, в то время как остальное тело остается неподвижным. Это позволяет значительно снизить сопротивление движению. Однако для его работы требуется воздух, который приходится подводить с поверхности. Создать робота, который смог бы передвигаться в песке автономно, решили инженеры под руководством Ника Гравиша (Nick Gravish) из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Разработанный ими робот перемещается, проталкивая себя вперед через толщу сыпучей среды с помощью двух гибких конечностей, напоминающих плавники морской черепахи. Конечности состоят из пяти звеньев. Каждое звено способно вращаться относительно предыдущего, но углы их отклонений ограничиваются с помощью фиксаторов. В движение оба плавника приводятся через червячную трансмиссию с помощью единственного электромотора. При этом трансмиссия воздействует только на первые ближайшие к корпусу звенья. Благодаря фиксаторам, ограничивающим углы поворотов звеньев, при движении вперед конечности изгибаются, испытывая меньшее сопротивление среды, а при движении назад наоборот, распрямляются, позволяя роботу отталкиваться от песка. На концах конечностей разработчики поместили сенсоры, с помощью которых робот может обнаруживать расположенные сверху объекты. Корпус робота длиной около 26 сантиметров имеет прямоугольное сечение и утолщение в передней части, которое позволяет снизить сопротивление песка при движении. Нос робота заострен и имеет наклонную поверхность сверху, которая необходима для компенсации подъемной силы, возникающей при движении в песке. С этой же целью по бокам после проведенных тестов пришлось разместить два дополнительных наклонных неподвижных плавника, так как робот имел тенденцию задирать нос при движении под действием выталкивающей силы. Чтобы избежать попадания песчинок в механизм, конечности поместили в чехлы из нейлоновой ткани. Разработчики протестировали робота, погруженного на глубину 127 миллиметров в песок, сначала в небольшом искусственном резервуаре, а после в естественных условиях в песке на пляже. В сухом песке робот смог развить скорость 1,6 миллиметра в секунду. В более влажном песке на пляже робот двигался медленнее, со скоростью около 0,57 миллиметра в секунду. В будущем инженеры планируют увеличить скорость передвижения робота, а также научить его самостоятельно погружаться в песок. Ранее мы рассказывали об исследовании, в котором физики выяснили, что происходит со структурой песка при передвижении по нему с помощью прыжков. Они обнаружили, что при правильно подобранном времени задержки между приземлениями и новым толчком, можно увеличить высоту прыжка на 20 процентов и даже больше.