科学家开发“橡胶发电厂”,可让机器人感受环境变化

作者 | 发布日期 2017 年 11 月 15 日 11:15 | 分类 医疗科技 , 尖端科技 , 机器人
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【Technews科技新报】现在,“压电效应”不再只存于晶体中了,来自瑞士的科学团队开发出具有压电性能的弹性橡胶聚合物,可利用机械动能(拉伸、压缩)转变成电力,未来应用范围广泛,包括感测器、人体心律调节器、衣物等,而最让人兴奋的领域是应用于软性机器人的皮肤上,透过电脉冲让机器人“感受”周遭环境。



过去,压电效应(Piezoelectricity)常见存在于在晶体(尤其是石英)、陶瓷、骨骼、DNA 或蛋白质等压电材料中,根据种类可以分成压电单晶体、压电多晶体(压电陶瓷)、压电聚合物(木材、苎麻、丝竹、动物骨骼、皮肤、血管等)和压电复合材料 4 种。之前,我们刚听过科学家用“眼泪发电”,他们从眼泪中找到具有压电效应的蛋白质晶体,并可以试着将这种蛋白质应用在医疗植入物的涂层上。

来自瑞士联邦材料科学与技术实验室(Empa)的科学家现在开发出一种也能受益于压电效应的橡胶薄膜材料,能在拉伸和压缩过程中产生电力,Empa 将之戏称为“橡胶发电厂”。根据《Futurism》报导,研究人员称,压电效应之前只在晶体中观察到,但团队现在证明,压电效应也可以存在于弹性材料中。

黑胶唱片是最为人熟知的压电应用,以振动产生机械能的针头被压电效应转换为电脉冲,脉冲变成声波以读取纪录在唱片凹槽中的声音,而橡胶薄膜材料也利用了机械能转化为电能过程的正压电效应。

不过,这种由极性纳米粒子和弹性体(原型中的硅)合成的橡胶复合压电材料制作过程并不是那么容易,将这两种材料连接在一起之前,必须先引入强电场对内部极化,直到纳米粒子从固态玻璃转变为橡胶、稍微粘稠的状态,接着再将其冷却到室温,透过极热、冷却过程来实现压电效应,和大多数新颖材料一样,橡胶压电材料再升级的最大缺点就在于成本问题。

这项技术可用于感测器、衣服或人体心律调节器中,而让人兴奋的领域之一则是软性机器人(soft robotics),橡胶压电材料可以让机器人“感受”到周遭环境。

(首图来源:Empa

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