Китайцы научились печатать трибоэлектрические генераторы на ткани
Китайские инженеры разработали метод, позволяющий печатать на ткани функциональные волокна. К примеру, с помощью такой технологии они напечатали на ткани волокно с углеродными нанотрубками внутри, выступающее в качестве трибоэлектрического генератора. Статья с описанием разработки опубликована в журнале Matter.
Концепция умной одежды, в отличие от умных часов или браслетов, подразумевает, что электронные компоненты можно встроить прямо в одежду. К примеру, уже существуют умные куртки с сенсорными вставками и подогревом. Но встраивать электронику в одежду сложно , потому что это требует либо применять жесткую электронику, неудобную в ношении, либо искать другие подходы. Обычно ученые создают для этого гибкую электронику, а также ищут новые пути вплетения ее в ткань или внедрения другим образом.
Группа инженеров под руководством Инина Чжана (Yingying Zhang) из Университета Цинхуа разработала метод, позволяющий печатать на ткани волокна, состоящие из двух слоев. Они создали печатающую головку для принтера, состоящую из коаксиальных сопел. Во время печати два материала подаются одновременно — один из центрального сопла, а второй из коасксиального, то есть расположенного вокруг центрального. Благодаря этому материалы не смешиваются, а располагаются в нужном порядке: материал из центрального сопла остается в центре, а материал из внешнего сопла формирует внешний слой волокна.
Для демонстрации авторы выбрали в качестве материала центральной части углеродные нанотрубки и создали на их основе водный раствор. В качестве материала внешнего слоя они выбрали белок фиброин, полученный из шелка тутового шелкопряда, на его основе также сделали водный раствор. Такие материалы инженеры выбрали для создания трибоэлектрического генератора, в котором углеродные нанотрубки выступают в качестве проводящего слоя, а фиброин используется в качестве диэлектрика. Напечатанное волокно и пленка из полимера образуют трибоэлектрическую пару, в которой при разнесении или сближении возникает электрический ток.
Эксперименты с генератором показали, что максимальный ток, вырабатываемый им, составляет 14 микроампер, а напряжение — 15 вольт. Кроме того, авторы напечатали таким же способом ионисторы, в которых вместо фиброина внешний слой состоит из карбоксиметилцеллюлозы. Эксперименты с ними показали, что их удельная емкость составляет 26,42 миллифарада на квадратный сантиметр.
В прошлом году американские ученые создали пьезоэлектрическую ткань, вырабатывающую электричество при растяжении. Ее волокна состоят из внешнего пьезоэлектрического слоя и проводящей внутренней основы, передающей электричество на электронные компоненты. Эксперименты показали, что сумка с ремнем из такой ткани может вырабатывать при ходьбе достаточно энергии для питания одного светодиода.
Григорий Копиев
Смесь из растительных белков заменила настоящее мясо
Сингапурские ученые напечатали на 3D-принтере вегетарианский морепродукт, имитирующий кольца кальмара, используя для этого пасту из растительных белков, выделенных из микроводорослей и маша. Технология может помочь в борьбе с продовольственным кризисом в будущем и снизить чрезмерный вылов морепродуктов, предлагая альтернативу растительного происхождения, сообщается в пресс-релизе Американского химического общества. Развитие технологий 3D-печати не обошло стороной и пищевую промышленность — появление первого принтера, предназначенного для печати еды, датируется 2007 годом. С тех пор ассортимент блюд и ингредиентов для печати непрерывно расширяется. За прошедшие время ученые успели поэкспериментировать с печатью сахаром, сухим молоком, чаем, шоколадом, криогенной мукой и кофейной пленкой. В 2021 году была продемонстрирована технология 3D-печати мясом — куриное пюре, уложенное слоями, поджаривали с помощью лазера. Со временем возросла и сложность создаваемых блюд — в них стали использовать больше ингредиентов. К примеру, для приготовления одного кусочка сложносоставного кондитерского изделия, ученые использовали сразу семь компонентов: печенье, арахисовую и шоколадные пасты, клубничное желе, банановое пюре, глазурь и вишневый соус. Одним из будущих применений печатаемой кулинарии может стать создание продуктов, схожих по вкусовым и питательным качествам с мясом и морепродуктами, но состоящих при этом из белков растительного происхождения. Такая замена в перспективе может помочь снизить перевылов рыбы и других морепродуктов и сделать питание более здоровым, так как в напечатанных имитациях из растительных белков отсутствуют примеси тяжелых металлов и микропластик, которые могут содержаться в настоящих морепродуктах. На сегодняшний день уже существует технология печати искусственного рыбного филе на основе растительных белков, а также компании, которые занимаются производством и продажей готового продукта. Теперь же ученые Пурнима Виджаян (Poornima Vijayan) и Хуан Дэцзянь (Dejian Huang) из Национального университета Сингапура показали, что можно использовать 3D-печать для создания аналога другого популярного морепродукта — мяса кальмара. В качестве основных компонентов для печати исследователи использовали белки, выделенные из микроводорослей и маша — семян растения семейства бобовых, известного также как золотистая фасоль или бобы мунг. Они используются в производстве крахмала, из которого делают фунчозу. К белкам исследователи добавили растительное масло, содержащее жирные кислоты омега-3, и получили пасту, которая по составу нутриентов похожа на филе кальмара. Эту пасту затем использовали в принтере для послойной печати продукта в виде колец. После напечатанные кольца подвергли термообработке на аэрогриле. По словам исследователей, готовый продукт напоминает по вкусовым качествам настоящие кольца кальмара. Но прежде чем продемонстрировать его потребителю, еще предстоит поработать с составом, чтобы текстура и упругие свойства больше походили на настоящий морепродукт. Кроме того, в будущем исследователи планируют подумать над способами масштабирования их производства. https://www.youtube.com/watch?v=ZLT4GbrTwic На сегодняшний день существуют технологии, которые позволяют выращивать мясо из клеточных культур без использования животных, однако конечный продукт пока что оказывается чрезвычайно дорогим. Инженеры из Израиля придумали, как удешевить и упростить производство искусственного мяса. Для этого в качестве каркаса для ткани использовали соевый текстурат, а обычные мышечные волокна разбавили гладкой мускулатурой. По утверждениям добровольцев, которые дегустировали мясо, оно действительно почти неотличимо по вкусу, запаху и текстуре от натурального.