发布时间：2023-02-16 19:28:03 栏目：生活
由新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的研究人员领导的一个国际团队开发了一种通用连接器，可以以“乐高式”的方式简单快速地组装可拉伸设备。
包括软机器人和可穿戴医疗保健设备在内的可拉伸设备使用具有不同材料特性的几种不同模块进行组装 - 一些柔软，一些刚性，一些封装。
然而，目前用于连接模块的商用浆料(胶水)在变形时通常无法可靠地传输机械和电信号，或者容易断裂。
为了创建可靠运行的设备，模块连接器(接口)必须定制，具有足够的强度来执行其预期任务。
制造易于组装的可拉伸设备，同时不影响其在压力下的强度和可靠性，一直是一个长期存在的挑战，限制了它们的发展。
今天，NTU领导的团队在《自然》杂志上报告了他们对这一挑战的回答 - BIND接口(双相，纳米分散界面)，它使可拉伸设备的组装变得简单，同时提供出色的机械和电气性能。
就像用乐高积木建造结构一样，只需将带有 BIND 接口的任何模块压在一起即可组装高性能可拉伸设备。
这种连接电子模块的便捷方式可以构成组装未来可拉伸设备的基础，其中生产商根据其设计“即插即用”组件。
该研究的主要作者，新加坡南洋理工大学材料科学与工程校长讲座教授兼科学，技术和研究局(A * STAR)材料研究与工程研究所科学主任Chen Xiaodong说：“我们的突破性创新使可拉伸设备的形成和使用变得非常容易，因为它就像一个'通用连接器'。任何带有 BIND 接口的电子模块只需将它们压在一起不到 10 秒即可连接。此外，我们取消了为特定系统构建定制接口的繁琐过程，我们相信这将有助于加速可伸缩设备的开发。
这项研究与大学NTU2025五年战略计划的研究支柱保持一致，该计划将健康和社会作为一个具有潜在重大智力和社会影响的领域。
卓越的机械和电气拉伸性
在实验中，通过接口连接的模块表现出优异的性能。当进行拉伸测试时，模块在断裂前能够承受高达其原始长度七倍的拉伸。此外，模块的电力传输在拉伸时保持稳健，高达其原始长度的2.8倍。
还使用标准的剥离附着力测试评估了 BIND 界面的界面韧性，其中通过以 180° 的恒定速度将其拉开来测试两个模块之间的粘合强度。对于封装模块，研究人员发现这项创新比传统连接器坚韧60倍。
南洋理工大学材料科学与工程学院研究员姜颖博士说：“这些令人印象深刻的结果证明，我们的接口可用于构建功能强大且可靠的可穿戴设备或软机器人。例如，它可以用于高质量的可穿戴健身追踪器，用户可以以他们最舒服的任何方式伸展、手势和移动，而不会影响设备捕获和监测其生理信号的能力。
为了证明在实际应用中使用的可行性，该团队使用BIND接口构建了可拉伸设备，并在大鼠模型和人体皮肤上进行了测试。
当连接到大鼠模型时，来自可拉伸监测设备的记录显示出可靠的信号质量，尽管布线受到干扰，例如触摸和拉扯。当粘在人体皮肤上时，该设备收集高质量的肌电图(EMG)信号，测量肌肉收缩和放松期间肌肉产生的电活动，即使在水下也是如此。
界面的工作原理
为了开发BIND界面，研究人员热蒸发金属(金或银)纳米颗粒，在可拉伸电子产品(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)中常用的软热塑性塑料内形成坚固的互穿纳米结构。
由此产生的纳米结构提供了连续的机械和电气通路，使具有 BIND 连接的模块即使在变形时也能保持坚固。
东京大学电气电子工程系的Takao Someya教授作为未参与这项研究的专家发表了他的观点，他说：“这项研究在开发具有优异弹性的电接技术方面取得了重大成就，避免了不同刚度模块之间互连处的应力集中，从而减少了噪音的产生。随着工业可扩展的高通量制造方法的建立，可伸缩设备的工业应用有望加速。
耶路撒冷希伯来大学化学研究所的Shlomo Magdassi教授作为独立专家评论说：“陈晓东教授及其团队开发的这种新的通用和简单的即插即用方法具有重要意义，因为它将通过简单的按压来快速组合不同的组件，以形成具有各种功能和复杂性的设备， 加速可伸缩电子领域的发展。
该创新已申请国际专利。对于下一步，研究团队正在开发一种更高效的打印技术，以扩大这项创新的材料选择和最终应用，以加速其从实验室到产品设计和制造的转化。
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