科學(xué)家開發(fā)“橡膠發(fā)電廠”，可讓機(jī)器人感受環(huán)境變化
發(fā)布時(shí)間：2017-11-15 16:32:21 人瀏覽
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科學(xué)家開發(fā)“橡膠發(fā)電廠”，可讓機(jī)器人感受環(huán)境變化
作者 Emma Lin |
現(xiàn)在，“壓電效應(yīng)”不再只存于晶體中了，來自瑞士的科學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出具有壓電性能的彈性橡膠聚合物，可利用機(jī)械動(dòng)能（拉伸、壓縮）轉(zhuǎn)變成電力，未來應(yīng)用范圍廣泛，包括感測(cè)器、人體心律調(diào)節(jié)器、衣物等，而最讓人興奮的領(lǐng)域是應(yīng)用于軟性機(jī)器人的皮膚上，透過電脈沖讓機(jī)器人“感受”周遭環(huán)境。
過去，壓電效應(yīng)（Piezoelectricity）常見存在于在晶體（尤其是石英）、陶瓷、骨骼、DNA 或蛋白質(zhì)等壓電材料中，根據(jù)種類可以分成壓電單晶體、壓電多晶體（壓電陶瓷）、壓電聚合物（木材、苧麻、絲竹、動(dòng)物骨骼、皮膚、血管等）和壓電復(fù)合材料 4 種。之前，我們剛聽過科學(xué)家用“眼淚發(fā)電”，他們從眼淚中找到具有壓電效應(yīng)的蛋白質(zhì)晶體，并可以試著將這種蛋白質(zhì)應(yīng)用在醫(yī)療植入物的涂層上。
來自瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（Empa）的科學(xué)家現(xiàn)在開發(fā)出一種也能受益于壓電效應(yīng)的橡膠薄膜材料，能在拉伸和壓縮過程中產(chǎn)生電力，Empa 將之戲稱為“橡膠發(fā)電廠”。根據(jù)《Futurism》報(bào)導(dǎo)，研究人員稱，壓電效應(yīng)之前只在晶體中觀察到，但團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在證明，壓電效應(yīng)也可以存在于彈性材料中。
黑膠唱片是最為人熟知的壓電應(yīng)用，以振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械能的針頭被壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電脈沖，脈沖變成聲波以讀取紀(jì)錄在唱片凹槽中的聲音，而橡膠薄膜材料也利用了機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能過程的正壓電效應(yīng)。
不過，這種由極性納米粒子和彈性體（原型中的硅）合成的橡膠復(fù)合壓電材料制作過程并不是那么容易，將這兩種材料連接在一起之前，必須先引入強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)內(nèi)部極化，直到納米粒子從固態(tài)玻璃轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z、稍微粘稠的狀態(tài)，接著再將其冷卻到室溫，透過極熱、冷卻過程來實(shí)現(xiàn)壓電效應(yīng)，和大多數(shù)新穎材料一樣，橡膠壓電材料再升級(jí)的最大缺點(diǎn)就在于成本問題。
這項(xiàng)技術(shù)可用于感測(cè)器、衣服或人體心律調(diào)節(jié)器中，而讓人興奮的領(lǐng)域之一則是軟性機(jī)器人（soft robotics），橡膠壓電材料可以讓機(jī)器人“感受”到周遭環(huán)境。
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