自動で実行できるスマートなエラストマー

2023 年 1 月 27 日

この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされています。 編集者は、コンテンツの信頼性を確保しながら、次の属性を強調しました。

事実確認済み

査読済みの出版物

信頼できる情報源

校正する

Shiyang Tang、バーミンガム大学

スマートマテリアルは、温度、湿度、光、加えられた応力などの特定の外部刺激に応じて特性を変化させる機能を備えたマテリアルです。 スマート マテリアルの最もよく知られた例の 1 つは、温度の変化に応じて形状を変化させることができる金属材料の一種である形状記憶合金 (SMA) です。

スマートマテリアルの別の例には、加えられた機械的応力に応じて電荷を生成する圧電材料が含まれます。 スマートマテリアルには、航空宇宙、自動車、ロボット工学、製造、生物医工学など、幅広い用途の可能性があります。

可変剛性マテリアルは、外部刺激に応じて剛性、つまり変形に対する抵抗を調整する機能を備えたスマート マテリアルの一種です。 この特性により、材料は変化する条件に適応し、幅広い環境でのパフォーマンスを向上させることができます。

可変剛性材料の主な利点の 1 つは、機械システムの効率、安全性、信頼性を向上できることです。 たとえば、可変剛性材料を使用して、さまざまな物体や環境に適応できるロボット アームやグリッパーを作成できます。 これにより、ロボット アームまたはグリッパーは、形状、サイズ、重量が異なるさまざまなオブジェクトを処理できるようになり、複雑さが軽減され、ロボット システムの全体的な効率が向上します。

調整可能な電気機械特性を備えた革新的なスマート材料は、製造、ウェアラブル デバイス、ロボット工学の分野に革命をもたらしています。 しかし、これまでのところ、環境の変化に応じて電気的および機械的特性をインテリジェントに自己調整し、外部制御なしに変化した特性を相乗的に利用できる材料はまだ実現されていません。

このギャップを埋めるために、バーミンガム大学の Shiyang Tang 博士が率いる共同研究チームは、中国科学技術大学、ケンブリッジ大学、ウーロンゴン大学の協力者とともに、と呼ばれるスマート材料を開発しました。 the Field のメタル ハイブリッド フィラー エラストマー (FMHE)。 FMHE は、エラストマー マトリックスに埋め込まれたフィールド金属 (無毒の低融点合金) とスパイクされたニッケル微粒子のハイブリッド フィラーで構成されています。

この研究は、Science Advances に掲載された最近の論文で報告されました。

研究者らによって作成された FMHE は、機械的ひずみと電流の両方に応答でき、外部制御なしで可変かつ調整可能な導電率と剛性を示します。 フィールドの金属が溶けたり固まったりすることで、剛性を変化させることができる。 また、FMHE は、従来にない負のピエゾ抵抗率と高いひずみ感度を示し、圧縮と伸長の両方で抵抗率が何百万倍も減少します。

これらの特性を相乗的に利用することで、研究者らは、インテリジェントで回復力のあるシステムにおける 2 つのアプリケーションを実証し、最先端のシステムと比較してパフォーマンスが 1 桁以上向上したことを実証しました。 最初のアプリケーションは、ロボット マニピュレータを過度の圧縮、曲げ、ねじれの動きから保護できるセルフ トリガー型多軸コンプライアンス コンペンセータです。