Ученые из Сингапура представили прототип сенсорной электронной оболочки, предназначенной для работы в агрессивной водной среде. Разработка SMES (самовосстанавливающаяся магнитоэлектрическая сенсорная система) сочетает в себе способность распознавать прикосновения и приближение объектов, определять механические повреждения и восстанавливать свою структуру без внешнего вмешательства.
Материал выполнен в виде многослойного эластичного покрытия, которое функционирует как на воздухе, так и под водой. Верхний слой отвечает за фиксацию проколов и разрывов: при нарушении целостности проводящих путей регистрируется скачок электрического сопротивления, что служит аналогом болевого сигнала. Нижний магнитоэлектрический слой содержит магнит и катушку из жидкометаллического проводника; деформация или движение магнита относительно катушки генерирует напряжение, позволяя фиксировать как физический контакт, так и приближение объектов без постоянной подачи питания на сенсор.
Главная особенность разработки — способность к самовосстановлению. Эластомерная основа содержит обратимые молекулярные связи, которые разрываются при повреждении и вновь соединяются при соприкосновении краев разрыва. В ходе испытаний небольшие проколы восстанавливали электропроводность в течение нескольких секунд. Для крупных повреждений требовалось кратковременное сжатие поверхностей, после чего процесс восстановления продолжался. Эластичность материала возвращалась на 92%, а эффективность восстановления электрических свойств достигала 82% на воздухе и приближалась к 100% в воде в течение 10 суток.
Ученые продемонстрировали два практических прототипа. Первый — «умная» дайверская перчатка с датчиками на пальцах, которая распознает пять условных жестов («нормально», «подъем», «спуск», «зависание», «помощь») и передает соответствующие сигналы по Bluetooth на смартфон. Второй — подводный роботизированный манипулятор, покрытый сенсорной оболочкой, который способен захватывать объекты и сигнализировать о степени повреждений с помощью светодиодных индикаторов: зеленый — норма, желтый — незначительные повреждения, красный — серьезные нарушения целостности.
Система имитирует защитную реакцию биологических организмов, позволяя устройству распознавать повреждения до того, как они приведут к более серьезным последствиям. Сенсор показал время реакции около 41 миллисекунды и стабильную работу в течение 10 000 циклов, а также сохранял характеристики после 10 дней погружения в имитаторе морской воды.
На данном этапе технология находится на стадии лабораторного прототипа. Для полного восстановления после серьезных порезов может потребоваться несколько дней, а при значительных разрывах необходимо механическое соединение краев. В реальных условиях эксплуатации вся сопутствующая электроника также должна быть адаптирована к воздействию воды и давления. В перспективе разработка может найти применение в мягкой робототехнике, протезировании, носимых устройствах и подводных инспекционных системах, где требуется сочетание чувствительности, автономности и устойчивости к повреждениям.
Читайте также: Разработана технология, которая превращает молекулы в надежные электронные устройства.