自我修复材料：机器人能自己修复机械损伤

导读

近日，美国卡耐基梅隆大学的研究人员设计出一种自我修复的材料，它可以在极端的机械损伤条件下，自发地修复自己。

背景

大自然中，许多生物体都具有自我修复能力。如今，人造的机器同样也可以模仿这一能力。例如，笔者曾介绍过，美国斯坦福大学研发出的一种聚合物，就具备自我修复能力，可以当作具备超级弹性的人造肌肉使用。这种聚合物条，可以从2.5厘米可以拉伸至2.5米。当被刺穿时，它可以自动融合修复。

（图片来源：Cheng Hui-Li）

此外，美国科罗拉多大学波尔得分校研究人员开发出一种可自我修复的“电子皮肤”。它还具有有延展性，可完全回收，有望应用于一系列领域，例如：机器人、义肢、生物医电装置。

（图片来源：参考资料【2】）

创新

今天，我再为介绍一种可以自我修复的材料。在发表于这周的《自然材料（ Nature Materials）》杂志的一篇论文中，美国卡耐基梅隆大学的研究人员设计出一种自我修复的材料，它可以在极端的机械损伤条件下，自发地修复自己。

（图片来源：卡耐基梅隆大学工程学院）

技术

这种软物质复合材料由悬浮在柔软弹性体中的液态金属液滴组成。一旦受到损伤，液滴会产生破裂并与邻近的液滴形成新的连接，不间断地重新路由电信号。当被切断、穿刺或者切除时，这种材料的导电线路制成的电路板可以保持完全连续运行的状态。

（图片来源：参考资料【3】）

（图片来源：参考资料【3】）

（图片来源：参考资料【3】）

创新

这种材料的应用领域包括：生物启发机器人、人机交互、可穿戴计算。因为材料在受到拉伸时不会改变其高导电性，所以它是电力与数据传输的理想材料。

机械工程系副教授 Carmel Majidi 表示：“在柔性电子领域的其他研究催生了弹性材料和变形材料，但是引起直接电气故障的机械损伤仍然会影响到这些材料。我们的自我修复材料达到了前所未有的水平，可以使得软物质电子或者机器显现出柔软的生物组织和机体所具备的非凡修复力。”

Majidi 是集成柔性材料实验室的主任，也是在软物质工程与软件机器人领域开发新型材料的先驱。他表示：“如果我们想要构建出与人体以及自然环境兼容的机器，那么我们必须从新材料开始。”

关键字

柔性电子、材料、机器人

参考资料

【1】https://engineering.cmu.edu/news-events/news/2018/05/21-self-healing-material.html

【2】Zhanan Zou, Chengpu Zhu, Yan Li, Xingfeng Lei, Wei Zhang, and Jianliang Xiao. Rehealable, fully recyclable, and malleable electronic skin enabled by dynamic covalent thermoset nanocomposite. Science Advances, 2018; DOI: 10.1126/sciadv.aaq0508

【3】Eric J. Markvicka, Michael D. Bartlett, Xiaonan Huang, Carmel Majidi. An autonomously electrically self-healing liquid metal–elastomer composite for robust soft-matter robotics and electronics. Nature Materials, 2018; DOI: 10.1038/s41563-018-0084-7