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

　　自然界本身有其獨特的方法來解決粘附這個問題：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，實驗中研究人員在兩塊玻璃板之間放置了一個小正方形的水凝膠，同時，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。當硅片震碎時，它的碎片仍然留在原來的地方。

　　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涂層。這種凝膠的生物相容性較好，可以被應用于生物體內(nèi)，比如作為導尿管和傳感器的生物外層。

　　麻省機械工程學院的副教授Xuanhe Zhao說：“你可以想象一些這種很強健，粘性且柔軟的材料的應用。”比如，他的團隊現(xiàn)在正在研究如何將這種凝膠應用于柔性機器人中，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是一名機械工程研究生，也是這篇論文的第一作者，他解釋說：“這是一種相當堅韌有粘性的膠體，就跟水一樣，但是它是有韌性和連接功能的水。”

　　Zhao的團隊將這種水凝膠和現(xiàn)有的水凝膠進行了比較，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。Yuk說：“可以說，我們打破了水凝膠粘合韌性的世界紀錄，而它的靈感也來自于大自然。”

　　除了測試水凝膠的韌性以外，該團隊還用少量的水凝膠對模仿機器人肢體的短管進行連接，研究其在機器人關(guān)節(jié)上的應用。Zhao解釋說：“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，使機器人擁有更多的自由度。”

　　研究人員同樣測試了它在導電方面的應用。Yuk等人將鹽添加到水凝膠樣本里，通過設(shè)計實驗，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，最終將LED燈點亮。“我們?yōu)榻饘?水凝膠混合導體創(chuàng)造了非常堅韌的界面。”

　　該團隊目前對水凝膠在柔性機器人和生物電子領(lǐng)域很感興趣。“因為這種水凝膠含水量大于90%，其連接可以被認為是一種水粘合劑，比自然凝膠更堅韌。比如蚌和藤壺，仿生水下膠。”Zhao說，“這項工作對于理解仿生粘附這方面具有非凡意義，同樣對于一些現(xiàn)實應用也影響重大，比如水凝膠涂層、生物醫(yī)學器械、組織工程、水處理和水下膠。”

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