باتری‌های ژله‌ای خودترمیم‌کننده کمبریج می‌توانند رباتیک نرم را تغییر دهند
محققان باتری‌های نرم و کشسانی ساخته‌اند که کاربردهای بالقوه‌ای در فناوری‌های پوشیدنی، رباتیک نرم و حتی ایمپلنت‌های مغزی برای تحویل دارو یا درمان شرایطی مانند صرع دارند.
این مواد که با الکتروفیت‌های مارماهی الکتریکی الهام گرفته شده‌اند و توسط دانشمندان دانشگاه کمبریج توسعه یافته‌اند، دارای ساختاری لایه‌ای هستند که مانند لگوی چسبنده می‌توانند جریان الکتریکی را هدایت کنند.
استفن اونیل، اولین نویسنده مقاله گفت: «طراحی موادی که هم کشش بالا و هم رسانایی بالا داشته باشند دشوار است، زیرا این دو ویژگی معمولاً با هم در تضاد هستند.»
پیشرفت بزرگ هیدروژل برای باتری‌های کشسان
این باتری‌های ژله‌ای خودترمیم‌کننده می‌توانند به بیش از ده برابر طول اولیه خود کشیده شوند بدون اینکه رسانایی خود را از دست بدهند و این یک پیشرفت بزرگ در ترکیب کشسانی و رسانایی در یک ماده واحد است.
باتری‌های ژله‌ای از هیدروژل‌هایی تشکیل شده‌اند که شبکه‌های سه‌بعدی پلیمرها با بیش از ۶۰٪ آب را شامل می‌شوند. این پلیمرها توسط تعاملات روشن/خاموش معکوس که خواص مکانیکی ژل را تنظیم می‌کنند، به یکدیگر چسبیده‌اند.
دکتر جید مک‌کون، نویسنده همکار، توضیح داد: «معمولاً هیدروژل‌ها از پلیمرهایی با بار خنثی ساخته می‌شوند، اما اگر آن‌ها را بارگذاری کنیم، می‌توانند رسانا شوند. و با تغییر جزء نمک هر ژل، می‌توانیم آن‌ها را چسبنده کرده و در لایه‌های متعدد بهم بچسبانیم تا پتانسیل انرژی بیشتری ایجاد کنیم.»
در حالی که الکترونیک معمولی از مواد فلزی سخت با حامل‌های بار الکترونی استفاده می‌کنند، این باتری‌های ژله‌ای از یون‌ها برای حمل بار استفاده می‌کنند، مشابه مارماهی‌های الکتریکی.
هیدروژل‌ها به دلیل پیوندهای معکوسی که بین لایه‌ها تشکیل می‌دهند، به هم ساییده می‌شوند و از مولکول‌های بشکه‌ای‌شکل به نام کوکوربیتوریل‌ها استفاده می‌کنند که مثل دستبندهای مولکولی عمل می‌کنند.
این چسبندگی قوی بین لایه‌ها تضمین می‌کند که باتری‌های ژله‌ای می‌توانند بدون جدا شدن لایه‌ها و بدون هیچ از دست دادن رسانایی کشیده شوند.
تغییر ایمپلنت‌های بیومدیکال
ویژگی‌های منحصربه‌فرد این باتری‌های ژله‌ای آن‌ها را برای ایمپلنت‌های بیومدیکال بسیار نویدبخش می‌کند، به خصوص با توجه به نرمی و توانایی آن‌ها در انطباق با بافت انسانی.
پروفسور اورن شرمن، مدیر آزمایشگاه ملویل برای سنتز پلیمر که این تحقیق را همراه با پروفسور جرج مالیاراس از دپارتمان مهندسی انجام داده‌اند، گفت: «ما می‌توانیم خواص مکانیکی هیدروژل‌ها را سفارشی کنیم تا با بافت انسانی تطابق داشته باشند.»
او افزود: «از آنجا که این مواد شامل هیچ‌گونه جزء سختی مانند فلز نیستند، یک ایمپلنت هیدروژلی بسیار کمتر احتمال دارد که توسط بدن رد شود یا باعث تشکیل بافت اسکار شود.»
علاوه بر نرمی، این هیدروژل‌ها نیز بسیار سخت هستند. آن‌ها می‌توانند فشرده شوند بدون اینکه شکل خود را به‌طور دائم از دست بدهند و دارای توانایی خودترمیمی در صورت آسیب باشند.
تیم تحقیقاتی قصد دارد آزمایش‌های آینده‌ای را برای تست این هیدروژل‌ها در موجودات زنده انجام دهد تا مناسب بودن آن‌ها برای کاربردهای پزشکی مختلف را ارزیابی کند.
این مطالعه در مجله Science Advances منتشر شده است.
