Как бабочки научили ученых создавать электронику, которая не боится смятия

Электроника — это ключевая область современной науки и технологии, которая имеет множество приложений в различных сферах человеческой деятельности. Однако, существующая электроника имеет ряд ограничений и недостатков, связанных с ее низкой механической устойчивостью и жесткостью формы. Большинство электронных устройств легко повреждаются при сгибании, сжатии или смятии, а также не способны адаптироваться к изменяющимся условиям или восстанавливать свою форму после деформации.

Для защиты и улучшения электроники применяются различные методы, такие как специальные корпуса, покрытия или материалы. Однако, эти методы не всегда эффективны, удобны или экономичны. Кроме того, они не решают проблему того, что электроника не может менять свою форму по желанию пользователя, адаптироваться к различным условиям или восстанавливаться после повреждения.

В связи с этим, многие ученые и инженеры обращаются к природе, которая является источником вдохновения для создания новых и улучшенных технологий. Природа демонстрирует удивительные примеры гибкости, устойчивости и адаптации. Одним из таких примеров являются крылья бабочек, которые находятся в смятом состоянии в коконе, а затем расправляются без морщин и потери функциональности. Недавно группа исследователей из Южной Кореи представила новую технологию для разработки электроники, которая имитирует этот природный механизм и позволяет создавать устройства, которые не боятся смятия.

Исследователи из Университета Аджу и других институтов Южной Кореи опубликовали свою работу в журнале Nature Electronics. В ней они описали, как они создали композитный материал с переменной жесткостью, который может контролироваться без необходимости добавления дополнительных веществ. Этот материал состоит из трех слоев: нанопроводов из серебра, полимера с памятью формы (SMP) и эластомера.

Нанопровода из серебра обеспечивают электрическую проводимость и сенсорные свойства, которые помогают в изменении фазы SMP через закон Джоуля-Ленца. SMP — это гибкий материал, который может менять свою форму под воздействием температуры. Эластомер — это резиноподобный материал, который обеспечивает упругость и гладкость поверхности.

Электронные устройства, созданные с использованием этого материала, работают следующим образом. Когда устройство смято, SMP позволяет ему сложиться без необратимого повреждения. Если на устройство подается тепло с помощью нанопроводов из серебра, SMP преобразуется и становится жестким. Это изменение помогает устройству расправиться и вернуть свою первоначальную, плоскую форму без каких-либо остаточных морщин или повреждений.

Устройства, разработанные с использованием этой технологии, могут выдерживать многократное смятие и расправление без потери функциональности. Кроме того, они имеют высокую эффективность упаковывания, позволяя устройствам сжиматься до очень маленьких размеров (например, в капсулу объемом 1 мл) и затем расширяться до своего первоначального размера.

Для демонстрации своей технологии исследователи использовали её для создания сенсорного дисплея размером 7 см на 7 см. Они показали, что этот дисплей может смяться в крошечную капсулу и затем расправиться, став гладкой и плоской поверхностью, которая всё так же может регистрировать прикосновения, как и до сминания.

Такие устройства могут быть полезны в области носимой электроники и робототехники, так как они могут взаимодействовать с человеческим телом, меняя свою форму. Они также могут быть применены к сенсорным панелям или дисплеям, которые могут складываться или сгибаться без ущерба для качества изображения или функциональности. Кроме того, они могут быть использованы для создания самовосстанавливающихся материалов для передовых медицинских и инженерных устройств.