麻省理工學(xué)院的學(xué)者們研發(fā)出一種新的水凝膠，含水量大于90%，測(cè)試性能優(yōu)于現(xiàn)有的各種水凝膠。可應(yīng)用于柔性機(jī)器人、生物醫(yī)學(xué)、仿生凝膠等方面。

　　自然界本身有其獨(dú)特的方法來(lái)解決粘附這個(gè)問(wèn)題：蚌和藤壺可以將自己牢牢地粘在懸崖、船體甚至鯨的皮膚上。同樣，肌腱和軟骨牢牢地粘附在骨頭上面才使得生物足夠地靈活、敏捷。自然界中這些事例里粘結(jié)劑就是水凝膠——水和粘性材料的混合物，可以提供持久牢靠的連接。

　　麻省理工的工程師們經(jīng)過(guò)研究，合成了一種含水量大于90%的粘性水凝膠。這種水凝膠是一種透明狀，像橡膠的材料。可以應(yīng)用于很多材料的表面，包括玻璃、硅、陶瓷、鋁合金和鈦合金。其粘附韌性可媲美肌腱和骨頭之間的連接。

　　為了證明該水凝膠的牢固性，實(shí)驗(yàn)中研究人員在兩塊玻璃板之間放置了一個(gè)小正方形的水凝膠，同時(shí)，在中間懸掛了55磅重的重物。他們還將水凝膠粘在硅晶片上，然后用錘子敲碎。當(dāng)硅片震碎時(shí)，它的碎片仍然留在原來(lái)的地方。

　　良好的耐久性使得這種水凝膠可以作為船和潛艇水下表面的保護(hù)涂層。這種凝膠的生物相容性較好，可以被應(yīng)用于生物體內(nèi)，比如作為導(dǎo)尿管和傳感器的生物外層。

　　麻省機(jī)械工程學(xué)院的副教授Xuanhe Zhao說(shuō)：“你可以想象一些這種很強(qiáng)健，粘性且柔軟的材料的應(yīng)用。”比如，他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在研究如何將這種凝膠應(yīng)用于柔性機(jī)器人中，這種材料可以被用作合成肌腱和軟骨，或者彈性關(guān)節(jié)。

　　Hyunwoo Yuk是一名機(jī)械工程研究生，也是這篇論文的第一作者，他解釋說(shuō)：“這是一種相當(dāng)堅(jiān)韌有粘性的膠體，就跟水一樣，但是它是有韌性和連接功能的水。”

　　Zhao的團(tuán)隊(duì)將這種水凝膠和現(xiàn)有的水凝膠進(jìn)行了比較，包括彈性體、組織粘合劑和納米顆粒凝膠劑。結(jié)果表明，新的凝膠不僅擁有較高的水含量而且粘合能力更強(qiáng)。Yuk說(shuō)：“可以說(shuō)，我們打破了水凝膠粘合韌性的世界紀(jì)錄，而它的靈感也來(lái)自于大自然。”

　　除了測(cè)試水凝膠的韌性以外，該團(tuán)隊(duì)還用少量的水凝膠對(duì)模仿機(jī)器人肢體的短管進(jìn)行連接，研究其在機(jī)器人關(guān)節(jié)上的應(yīng)用。Zhao解釋說(shuō)：“水凝膠可以作為執(zhí)行器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉸鏈。這種柔軟的材料可以把那些僵硬的材料緊緊地連接起來(lái)，使機(jī)器人擁有更多的自由度。”

　　研究人員同樣測(cè)試了它在導(dǎo)電方面的應(yīng)用。Yuk等人將鹽添加到水凝膠樣本里，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使用電極和金屬將其連接到LED光源。他們發(fā)現(xiàn)，鹽離子可以在水凝膠中自由流動(dòng)，最終將LED燈點(diǎn)亮。“我們?yōu)榻饘?水凝膠混合導(dǎo)體創(chuàng)造了非常堅(jiān)韌的界面。”

　　該團(tuán)隊(duì)目前對(duì)水凝膠在柔性機(jī)器人和生物電子領(lǐng)域很感興趣。“因?yàn)檫@種水凝膠含水量大于90%，其連接可以被認(rèn)為是一種水粘合劑，比自然凝膠更堅(jiān)韌。比如蚌和藤壺，仿生水下膠。”Zhao說(shuō)，“這項(xiàng)工作對(duì)于理解仿生粘附這方面具有非凡意義，同樣對(duì)于一些現(xiàn)實(shí)應(yīng)用也影響重大，比如水凝膠涂層、生物醫(yī)學(xué)器械、組織工程、水處理和水下膠。”

　　這項(xiàng)水凝膠研究被發(fā)表在《Nature Materials》期刊。