Остроумный способ изготовления эластичных проводников с помощью швейной машинки

Сегодня трудно представить себе учёного или инженера, который не использует в работе сложное и дорогое оборудование и экзотические материалы, недоступные простым смертным. Но всё же иногда впечатляющие результаты достигаются самыми простыми средствами. Так, Гейм и Новосёлов получили Нобелевскую премию за исследования свойств графена, который они получали с помощью обычного скотча, многократно расслаивая крупинки графита липкой лентой — это способ до сих пор широко используется в лабораториях всего мира. Недавно обнаружилось, что графен можно получать из суспензии графита с помощью бытового блендера ^[1] и жидкости для мытья посуды. Или вот, например, способ изготовления искусственных «мышц» из обычной рыболовной лески ^[2].

По мере того, как компоненты компьютеров становятся всё миниатюрнее, всё реальнее выглядит перспектива создания «умной одежды», медицинского оборудования, протезов, имплантатов со встроенными датчиками и процессорами. Близость этих предметов к человеческому телу диктует необходимость делать их мягкими и эластичными. Для электроники это большая проблема, ведь компьютеры делаются из кремния и металла. Одна из сторон этой проблемы — создание эластичных проводников, соединяющих компоненты. Предлагаются разные варианты — вплоть до полимерных капилляров, заполненных жидким металлом ^[3]. В Университете Пердью, который является традиционной «кузницей кадров» авиационной и космической промышленности США, разработали технологию создания эластичных проводников ^[4] с помощью швейной машины, тонкого медного обмоточного провода, нити PVA и силикона.

Суть метода очень проста — берётся полиэтиленовая основа и на ней делается зигзагообразный шов — это умеют практически любые швейные машинки. Как известно, машинки шьют двумя нитями — одна находится сверху и заправлена в иглу, другая подаётся снизу и переплетается с первой, образуя шов. В качестве верхней нити была взята водорастворимая нить PVA ^[5], которую можно купить в рыболовном магазине, а в качестве нижней — тонкий обмоточный медный провод. Таким образом, проводник оказывался аккуратно уложен зигзагом и закреплён на полиэтиленовой плёнке. После этого плёнку со стороны проводника заливали силиконом Ecoflex, и после застывания в течение нескольких часов растворяли нить PVA в воде и удаляли полиэтиленовую основу.

Конечный результат — тонкая и эластичная силиконовая лента с проводником внутри. Силикон достаточно надёжно защищает проводник и равномерно распределяет нагрузку при растяжении. Лента выдерживает 120 000 циклов растяжения-сжатия на 30% длины, 50 000 — на 55% и 15 000 — на 110%. Предельное увеличение длины при максимально плотном зигзаге может достигать 500%, но число циклов при экстремальном растяжении резко уменьшается — проволока начинает ломаться в местах сгибов.

Учёные также продемонстрировали возможность применения такого гибкого проводника в реальном медицинском оборудовании. Они сделали датчик растяжения для катетера Фолея, который используется в урологии. Катетер представляет собой резиновую трубку с надувным наконечником. Датчик позволяет контролировать степень раздувания катетера внутри мочевого пузыря. Принцип работы датчика основан на измерении индуктивности кольцевого проводника — она меняется пропорционально диаметру катушки.

Автор: ilya42

Источник ^[6]