Elastyczne czujniki od lat stanowią obietnicę rynku "wearables": czyli lekkich, wygodnych urządzeń do monitorowania zdrowia, wspierania rehabilitacji czy nawet sterowania robotami. Problem, to od lat dokładnie to samo: wytrzymałość. Materiały, które muszą się zginać, rozciągać i skręcać, zwykle szybko się zużywają, pękają, a wraz z nimi pada cała funkcjonalność systemu. Belgijski zespół badaczy pokazał jednak, że można to obejść – i stworzył czujnik, który po przecięciu na pół… wraca do pełnej sprawności, jakby nic się nie stało.
Podstawą rozwiązania jest polimer oparty na mechanizmie wiązań Dielsa–Altera. To układ chemiczny zdolny do odwracalnych reakcji: wiązania zrywają się pod wpływem uszkodzenia, by później na nowo się uformować. W temperaturze pokojowej cały proces samonaprawy trwa około 24 godzin. Jeśli jednak materiał umieści się w piecu nagrzanym do 60 stopni Celsjusza, czas skraca się do czterech godzin. Działa to tak, jakby materiał otrzymywał dodatkowy impuls w postaci energii, przypominający biologiczne przyspieszenie gojenia się ran.
Metaliczna krew sztucznego układu
Polimer to tutaj zaledwie fasada. W jego wnętrzu badacze umieścili Galinstan – ciekły stop galu, indu i cyny, który pełni rolę przewodnika. I tu pytanie brzmi: czy po przecięciu nie wyleje się jak płyn? Okazało się, że straty są zaskakująco małe, wręcz nieistotne. Wyjaśnienie jest proste – Galinstan szybko się utlenia, tworząc cienką, tlenkową warstwę, która uszczelnia przerwę. Można to porównać do skrzepu w ludzkim organizmie: to bariera tymczasowa, która utrzymuje system w całości, dopóki nie nastąpi właściwe "gojenie się". Kiedy dwa fragmenty czujnika zostają ponownie złączone, warstwa ochronna pęka, a przewodzenie impulsów wraca do normy. Voila!
Największym sprawdzianem były próby wytrzymałościowe. Czujnik rozciągano i rozrywano go, po czym łączono i naprawiano – nawet sześciokrotnie. Wciąż działał na poziomie około 80 procent pierwotnej sprawności. W eksperymentach symulujących długotrwałe użytkowanie, czyli 800 cykli rozciągania i powrotu do stanu początkowego, świeże egzemplarze wykazywały dryf sygnału mniejszy niż 5 procent. Nawet czujniki (samo)naprawiane po przecięciu utrzymywały dryf poniżej 10 procent. To oznacza wprost wysoką niezawodność – i trudno znaleźć inne rozwiązanie, które w takich warunkach zachowuje swoją funkcjonalność.
Ekologia i drugie życie
Technologia nie ogranicza się do odporności samej w sobie. Badacze zadbali także o końcową fazę cyklu życia. Gdy urządzenie wreszcie przestaje działać, ponad 95 procent materiału można odzyskać i przetworzyć ponownie. To ważny czynnik: zużyty sprzęt nie stanie się "wiecznym elektrośmieciem". Wearables, które z natury mają być blisko ciała, zyskują w ten sposób atut – nie tylko praktyczny, ale i ekologiczny.
Zespół z Vrije Universiteit Brussel i Imec chce teraz poszerzyć zastosowania. Pojedyncze czujniki to li tylko preludium. Ambicją jest stworzenie systemów, które będą w stanie śledzić ruch całego ciała. Możliwości są szerokie: monitorowanie rehabilitacji, analiza postawy, kontrola wydajności sportowców, czy integracja z miękkimi robotami, które wymagają czucia i elastyczności. Powstała już spółka spin-off Valence Technologies, która ma zająć się komercjalizacją rozwiązania i testami w realnych warunkach.
Jak przyjmie to rynek?
Z perspektywy rynku technologia samonaprawiających się czujników odpowiada na kilka kluczowych bolączek. Redukuje ryzyko awarii w drogich urządzeniach medycznych, zmniejsza koszty konserwacji i przedłuża żywotność sprzętu sportowego. To także potencjalny przełom dla branży robotyki miękkiej, gdzie dotąd problemem była niska trwałość materiałów. Jeżeli rozwiązanie zostanie wdrożone, producenci wearables mogą w końcu zaoferować urządzenia, które nie tylko są cienkie i elastyczne, ale także odporne na przypadkowe uszkodzenia.
Czytaj również: Samsung otworzy nowy rozdział wearables? Myślicie że się przyjmie?
Trwałość w warunkach testowych to natomiast jedno. Prawdziwy sprawdzian dopiero nadejdzie – w kontakcie z potem, kurzem, zmienną temperaturą czy zwykłymi zaniedbaniami użytkownika. Codzienność jest bezlitosna i często bardziej wymagająca niż jedynie 800 cykli rozciągania. Jeżeli czujniki przetrwają te próby, mogą stać się fundamentem nowej generacji urządzeń typu wearables – takich, które nie tylko rejestrują ruch, ale także same potrafią przetrwać własne uszkodzenia i wrócić do sprawności bez zewnętrznej pomocy. Albo w ciągu doby naprawią się same, albo... wystarczy je włożyć na kilka godzin do pieca. Jak w jednej z polskich nowelek.
Hej, jesteśmy na Google News -
Obserwuj to, co ważne w techu
