Китайские ученые создали ионную «кожу» для роботов, работающую в вакууме, воде и при нагреве до 200 °C

Мягкая робототехника — одно из самых перспективных направлений современной инженерии. Роботы, созданные по образу живых организмов, должны быть не только гибкими, но и чувствительными к прикосновениям. Для этого нужны особые сенсорные покрытия, способные преобразовывать механические воздействия в электрические сигналы — так называемая ионная кожа.

Однако до сих пор такие материалы были крайне уязвимы: они быстро разрушались от циклических нагрузок, теряли работоспособность в вакууме, под водой или в органических растворителях, а также не выдерживали резких перепадов температур. Ученые из Китая предложили принципиально новое решение, создав самогерметизирующуюся нановолокнистую ионную кожу, способную работать в экстремальных условиях.

Как устроена новая ионная кожа

В основе разработки лежит многослойная структура, напоминающая архитектуру природной кожи. Сначала исследователи изготовили тончайшую наносетку из полиуретанового ионогеля, пропитанного гидрофобной ионной жидкостью. Эта сетка выполняет роль проводящего каркаса и силового элемента, обеспечивая прочность и растяжимость.

Затем эту наносетку интегрировали в мягкую, слегка сшитую полимерную матрицу, которая придает покрытию липкость и податливость. Благодаря этому сенсор может принимать форму даже сложных поверхностей, например, морщинистой человеческой кожи. Сверху наносится химически инертный полимер, который за счет капиллярного проникновения прочно закрепляется на пористой поверхности без четкой границы раздела — это ключевое отличие от традиционных методов склеивания слоев.

Рекордная прочность и устойчивость к внешним воздействиям

Эксперименты показали высокую эффективность новой «кожи». Материал выдерживает более 50 тысяч циклов растяжения до 200% без разрушения, что является рекордным показателем для подобных покрытий. Как и человеческая кожа, он мягкий в начальном состоянии, но при растяжении резко упрочняется — до 59 раз, что предотвращает локальные повреждения.

Кроме того, благодаря низкой летучести ионной жидкости и герметизирующему слою, покрытие сохраняет стабильность массы, механических свойств и электрического сигнала даже после последовательного воздействия экстремальных факторов. Оно успешно выдерживает пребывание в вакууме, в солевом растворе и нагревание до 200 °C.

Особую ценность представляет защита от органических растворителей: фторированный верхний слой делает датчик практически нечувствительным к их каплям, тогда как аналоги выдают сильный ложный сигнал. Это открывает широкие перспективы для применения разработки в химической промышленности и других отраслях, где контакт с агрессивными жидкостями неизбежен.

Исследователи отмечают, что их подход решает фундаментальную проблему расслоения композитов, характерную для многих сенсорных материалов. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications, что подтверждает значимость открытия для мировой науки.