科學家開發「橡膠發電廠」,可讓機器人感受環境變化

作者 | 發布日期 2017 年 11 月 15 日 9:50 | 分類 奈米 , 尖端科技 , 材料 follow us in feedly

現在,「壓電效應」不再只存於晶體了,來自瑞士的科學團隊開發出具壓電性能的彈性橡膠聚合物,可利用機械動能(拉伸、壓縮)轉變成電力,未來應用範圍廣泛,包括感測器、人體心律調節器、衣物等,而最讓人興奮的領域是應用於軟性機器人的皮膚,透過電脈衝讓機器人「感受」周遭環境。



過去,壓電效應(Piezoelectricity)常見於晶體(尤其是石英)、陶瓷、骨骼、DNA 或蛋白質等壓電材料中,根據種類可分成壓電單晶體、壓電多晶體(壓電陶瓷)、壓電聚合物(木材、苧麻、絲竹、動物骨骼、皮膚、血管等)和壓電複合材料 4 種。之前,我們剛聽過科學家用「眼淚發電」,他們從眼淚找到具壓電效應的蛋白質晶體,並試著將這種蛋白質應用在醫療植入物的塗層。

來自瑞士聯邦材料科學與技術實驗室(Empa)的科學家現在開發出一種也能受益於壓電效應的橡膠薄膜材料,能在拉伸和壓縮過程中產生電力,Empa 戲稱為「橡膠發電廠」。根據《Futurism》報導,研究人員稱,壓電效應之前只在晶體中觀察到,但團隊現在證明,壓電效應也可以存在彈性材料中。

黑膠唱片是最為人熟知的壓電應用,以振動產生機械能的針頭被壓電效應轉換為電脈衝,脈衝變成聲波以讀取記錄在唱片凹槽中的聲音,而橡膠薄膜材料也利用機械能轉化為電能過程的正壓電效應。

不過,這種由極性奈米粒子和彈性體(原型中的矽)合成的橡膠複合壓電材料製作過程並不是那麼容易,將這兩種材料連接在一起之前,必須先引入強電場對內部極化,直到奈米粒子從固態玻璃轉變為橡膠、稍微黏稠狀,接著再冷卻到室溫,透過極熱、冷卻過程來實現壓電效應,和大多數新穎材料一樣,橡膠壓電材料再升級的最大缺點就在於成本。

這項技術可用於感測器、衣服或人體心律調節器,而讓人興奮的領域之一則是軟性機器人(soft robotics),橡膠壓電材料可讓機器人「感受」到周遭環境。

(首圖來源:Empa

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