An Anti‐Freezing, Ambient‐Stable and Highly Stretchable Ionic Skin with Strong Surface Adhesion for Wearable Sensing and Soft Robotics

材料科学 软机器人 粘附 自愈水凝胶 纳米技术 韧性 人工肌肉 复合材料 机器人 人工智能 计算机科学 高分子化学 执行机构
作者
Binbin Ying,Ryan Zeyuan Chen,Runze Zuo,Jianyu Li,Xinyu Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (42) 被引量:250
标识
DOI:10.1002/adfm.202104665
摘要

Abstract Natural living systems such as wood frogs develop tissues composed of active hydrogels with cryoprotectants to survive in cold environments. Recently, hydrogels have been intensively studied to develop stretchable electronics for wearables and soft robots. However, regular hydrogels are inevitably frozen at the subzero temperature and easily dehydrated, and have weak surface adhesion. Herein, a novel hydrogel‐based ionic skin (iSkin) capable of strain sensing is demonstrated with high toughness, high stretchability, excellent ambient stability, superior anti‐freezing capability, and strong surface adhesion. The iSkin consists of a piece of ionically and covalently cross‐linked tough hydrogel with a thin bioadhesive layer. With the addition of biocompatible cryoprotectant and electrolyte, the iSkin shows good conductivity in wide ranges of relative humidity (15–90%) and temperature (−95–25 °C). In addition, the iSkin can adhere firmly to diverse material surfaces under different conditions, including cloth fabric, skin, and elastomers, in both dry and wet conditions, at subzero temperature, and/or with dynamic movement. The iSkin is demonstrated for applications including strain sensing on both human body and winter coat, human–machine interaction, motion/deformation sensing on a soft gripper and a soft robot at extremely cold conditions. This work provides a new paradigm for developing high‐performance artificial skins for wearable sensing and soft robotics.
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