A robótica avançada sensível ao toque ou dispositivos vestíveis de última geração com recursos de detecção sofisticados poderão ser possíveis em breve, após o desenvolvimento de uma borracha que combina flexibilidade com alta condutividade elétrica.

O novo material compósito inteligente, desenvolvido por pesquisadores da Faculdade de Engenharia e Ciências da Informação da Universidade de Wollongong (UOW), mostra propriedades que não foram observadas anteriormente:aumenta a condutividade elétrica à medida que é deformado, especialmente quando alongado.

Materiais elásticos, como borrachas, são procurados em robótica e tecnologia vestível porque são inerentemente flexíveis, e pode ser facilmente modificado para atender a uma necessidade particular.

Para torná-los eletricamente condutores, um enchimento condutor, como partículas de ferro, é adicionado para formar um material composto.

O desafio para os pesquisadores tem sido encontrar uma combinação de materiais para produzir um composto que supere as funções concorrentes de flexibilidade e condutividade. Tipicamente, à medida que um material composto é esticado, sua capacidade de conduzir eletricidade diminui à medida que as partículas de enchimento condutor se separam.

Ainda, para a esfera emergente da robótica e dispositivos vestíveis, ser capaz de ser dobrado, comprimido, esticado ou torcido enquanto retém a condutividade é um requisito vital.

Liderado pelo professor sênior Weihua Li e vice-reitor do pós-doutorado Dr. Shiyang Tang, os pesquisadores da UOW desenvolveram um material que lança fora o livro de regras sobre a relação entre deformação mecânica e condutividade elétrica.

Usando metal líquido e micropartículas metálicas como enchimento condutor, eles descobriram um composto que aumenta sua condutividade quanto mais deformação é colocado sobre ele - uma descoberta que não apenas abre novas possibilidades em aplicações, também aconteceu de forma inesperada.

Dr. Tang disse que o primeiro passo foi uma mistura de metal líquido, micropartículas de ferro, e elastômero que, por um acidente fortuito, tinha sido curado em um forno por muito mais tempo do que o normal.

O material curado em excesso reduziu a resistência elétrica quando submetido a um campo magnético, mas foram necessárias dezenas de outras amostras para descobrir que a razão para o fenômeno era um tempo de cura estendido de várias horas a mais do que normalmente levaria.

"Quando esticamos acidentalmente uma amostra enquanto medíamos sua resistência, surpreendentemente descobrimos que a resistência reduziu drasticamente, "Dr. Tang disse.

"Nossos testes completos mostraram que a resistividade deste novo composto pode cair em sete ordens de magnitude quando esticado ou comprimido, mesmo por uma pequena quantidade.

"O aumento da condutividade quando o material é deformado ou um campo magnético é aplicado são propriedades que acreditamos não ter precedentes."

Os resultados foram publicados recentemente na revista. Nature Communications .

Autor principal e Ph.D. O estudante Guolin Yun disse que os pesquisadores demonstraram várias aplicações interessantes, como explorar a condutividade térmica superior do composto para construir um aquecedor portátil que aquece onde a pressão é aplicada.

"O calor aumenta para a área onde a pressão é aplicada e reduz quando é removida. Este recurso pode ser usado para dispositivos de aquecimento flexíveis ou vestíveis, como palmilhas aquecidas, " ele disse.

O grupo de pesquisa tem estudado materiais que podem alterar seu estado físico, como forma ou dureza, em resposta à pressão mecânica. Com a adição de condutividade elétrica, os materiais se tornam 'inteligentes' por serem capazes de converter forças mecânicas em sinais eletrônicos.

O professor Li disse que a descoberta não apenas superou o principal desafio de encontrar um material composto flexível e altamente condutor, suas propriedades elétricas sem precedentes podem levar a aplicações inovadoras, como sensores extensíveis ou dispositivos portáteis flexíveis que podem reconhecer o movimento humano.

"Ao usar compostos condutores convencionais em eletrônica flexível, a diminuição da condutividade durante o alongamento é indesejável porque pode afetar significativamente o desempenho desses dispositivos e comprometer a vida útil da bateria.

"Nesse sentido, tivemos que desenvolver um material compósito com propriedades nunca antes observadas:um material que pode reter sua condutividade, ou aumentos na condutividade, uma vez que é alongado.

"Sabemos que muitos avanços científicos vieram de ideias incomuns. A exploração de campos não convencionais e uma cultura de laboratório que incentiva a inovação têm mais probabilidade de trazer descobertas inesperadas."