Wetenschappers maken zelfhelende 'robot-huid' die sneetjes binnen 4 uur dichtmaakt

De menselijke huid heeft behoorlijk unieke eigenschappen. Het is zelfhelend en heeft gel-achtige eigenschappen, maar het is wetenschappers nog niet gelukt om de combinatie van hoge stevigheid en zelfhelende aspecten na te bootsen. Kunstmatige gels waren tot nu toe ofwel stevig, ofwel zelfhelend. Een team wetenschappers is het nu voor het eerst gelukt om beide aspecten in één gel te combineren. Het gaat om een team van de Aalto University en University of Bayreuth, die hun studie heeft gepubliceerd in Nature Materials.

Voor het nieuwe materiaal zijn zeer dunne laagjes 'nanosheet', gemaakt van een klei-achtig materiaal, samengevoegd met hydrogels die zacht zijn. Het resultaat is een materiaal dat stevig is, maar ook zelfhelend. Dat werkt door een vorm van verstrengeling, onder invloed van UV-licht, zoals een UV-lamp. "De UV-straling van de lamp zorgt ervoor dat de afzonderlijke moleculen aan elkaar binden, zodat alles een elastische vaste stof wordt - een gel", legt onderzoeker Chen Liang uit.

"Verstrengeling betekent dat de dunne polymeerlagen om elkaar heen beginnen te draaien als kleine wollen garens, maar in een willekeurige volgorde", vult onderzoeker Hang Zhang aan. "als de polymeren volledig verstrengeld zijn, zijn ze niet van elkaar te onderscheiden. Ze zijn erg dynamisch en mobiel op moleculair niveau, en als je ze snijdt, beginnen ze weer met elkaar verweven te raken."

De ideale huid voor een robot

Als er met een mes in het materiaal wordt gesneden, is die snee na vier uur weer voor 80 tot 90 procent geheeld. Na 24 uur is de schade compleet gerepareerd. Slechts één millimeter dikke hydrogel bevat 10.000 lagen van de nanosheets, wat het materiaal net zo stijf maakt als de menselijke huid, en heeft een zelfde graad van flexibiliteit en rekbaarheid.

Het nieuwe materiaal biedt allerlei mogelijkheden. Zo zou het materiaal kunnen helpen bij het hechten van wonden. Maar zeker op het gebied van robotica komt het materiaal van pas. "Stel je robots voor met robuuste, zelfherstellende huiden of synthetische weefsels die autonoom herstellen”, zegt Olli Ikkala van Aalto University. "Dit is het soort fundamentele ontdekking die de regels van materieel ontwerp zou kunnen vernieuwen."

Er wordt al veel onderzoek gedaan naar 'zachte robots', die bijvoorbeeld geschikt zouden zijn om met mensen of tere objecten om te gaan – iets dat moeilijker is voor 'harde' robots van staal of een ander hard materiaal. Maar de zachte, siliconen huid van zulke robots is kwetsbaar en zou vaak vervangen moeten worden. Als die huid zelfhelend is, zijn zulke robots een stuk vatbaarder.

Lees meer wetenschaps-nieuws en mis niets met onze Bright-app.