Inteligentna elektronika z drukarki 3D: samonaprawa w 0.05 sekundy!

Z USA napłynęły bardzo dobre wiadomości dla wszystkich zmartwionych żywotnością wearables. Naukowcom z San Diego udało się stworzyć materiał, któremu niestraszne są rozdarcia i pęknięcia. Jak tego dokonano?

Autorami sukcesu są naukowcy pod kierownictwem doktoranta Amaya Bandodkara na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego. Zespół z doświadczeniem w projektowaniu sensorów technologii ubieralnej zmierzył się z problemem uszkodzeń, jakim łatwo ulegają urządzenia obecnej generacji. Kluczowy okazał się dobór substancji o magnetycznych właściwościach.

To nie pierwszy samonaprawiający się materiał, jednak bez wątpienia rekordowo szybki, tani i łatwy w zastosowaniu. Dotychczasowe rozwiązania wymagały specyficznego katalizatora naprawy i/lub ciepła, a reakcja zachodziła po upływie minut lub nawet dni. Wynalazek z San Diego potrafi zareagować w czasie od 0.05 sekundy i odbudować uszkodzenie o szerokości nawet 3 mm.

Zasadę działania zaprezentowano na wydrukowanym na drukarce 3D obwodzie elektrycznym, stworzonym m.in. się ze startych magnesów neodymowych oraz węgla w postaci amorficznej. Pierwszy z nich posiada silne właściwości magnetyczne, a kolejny zapewnia materiałowi lepsze właściwości elektrochemiczne, w szczególności świetną przewodność elektryczną.

Druk elementów w formie obwodu elektrycznego odbywa się z wykorzystaniem dodatkowego źródła pola elektromagnetycznego, co zapewnia właściwą polaryzację cząsteczek materiału. W rezultacie w przypadku każdego rozerwania lub rozdarcia obie części ponownie łączą się dzięki silnemu oddziaływaniu magnetycznemu nanocząsteczek neodymowych.

Działanie odkrycia zaprezentowano dziewięciokrotnie przecinając tak wydrukowany obwód, podłączony do niewielkiej diody LED. Uszkodzenia dokonano następnie w trzech innych miejscach materiału. Za każdym razem na przestrzeni sekund obie rozdzielone części zachowywały się jak przeciwne bieguny magnesu, łącząc się i ponownie zasilając diodę.

Potencjał kalifornijskiego wynalazku jest niezwykle obiecujący. Choć obecnie odkrycie jest na etapie konkretnego filamentu do drukarek 3D, jego twórcy już wymieniają możliwości dalszej adaptacji odkrycia. Ma ono docelowo trafić na inteligentną odzież, drobną elektronikę, panele fotowoltaiczne, a nawet implanty medyczne.

Niemała w tym zasługa samego surowca, w którym dowolnie można zmienić proporcje neodymu, węgla i innych materiałów, zmniejszając lub zwiększając przewodność bądź magnetykę. Obie kluczowe substancje można również łączyć z kolejnymi, osiągając żądane właściwości.

Autorzy odkrycia pracują jednocześnie nad komputerową symulacją do precyzyjnego testowania właściwości materiału przed jego wytworzeniem, a także możliwością stworzenia w podobny sposób samonaprawiających się baterii. Wygląda więc na to, że niesławna idea planowego postarzania produktów doczekała się godnego przeciwnika.