亲爱的Nanshu，非常感谢您的评论。在这里，我们很喜欢阅读您的文章“柔性和可拉伸的电子设备为软机器人铺平道路”。我还饶有兴趣地阅读了软机器人领域的讨论。你的一个观点很清楚:到目前为止，可伸缩电子设备在制造传感器方面很有效，但软机器人将需要执行器。祝贺你成为《软机器人》杂志的副主编。
顺便说一下，有一本名为的书。这本书的重点是有机电子材料中的移动离子。我们把这个项目称为可拉伸离子学。
现在回答你的问题。
Will cycles and high voltages pose any challenge? Like most applications, fatigue can be an issue. However devices operating over millions of cycles have been demonstrated. As the field moves forward, issues of reliability will receive more attention. Right now I don't see fatigue as being a show stopper. High voltages are a serious issue. At the moment, the electric field needed for actuation is 10^8 V/m. Even when you make individual layer as thin as 10 um, the voltage will be at about 1000 V. For sensing, however, very low voltage is needed, as discussed in my response to Yonggang. There are more to the issue of high voltage. I'll try to get Christoph and Tiefeng to respond. They both have given the matter serious attention.
2. What are possible effects of ionic fluid in the environment on the ionic conductors? I assume some form of encapsulation will be needed in many applications. Hydrogels have been used inside bodies in tissue engineering and drug delivery. We should be able to learn from past experience.
3. What is the adhesion condition at the ionic conductor-dielectric elastomer interface? Jeong Yun discovered that the adhesion between the hydrogel and the dielectric was improved if, before attachment, he dried the surface of the hydrogel with nitrogen gas. The adhesion was good enough for our demonstration, but delamination deserves serious attention in future research.
这个视频是由汤森路透记者Ben Gruber制作的。
回复透明人造肌肉< div class="field- name-comment-body field-type-text-long field-label-hidden">
亲爱的Jian:非常感谢您的友好留言，感谢您的盛情接待。我在新加坡玩得很开心。很高兴看到你和艾德里安建立了自己的实验室用介电弹性体做有趣的实验有了有趣的发现。您正在开发的应用程序是及时的。
通过合作，你们也将其他强大的团队带入了这个领域。介电弹性体被定位为许多技术的平台，就像压电陶瓷一样。为了开发这个新平台，不同背景的人可以以不同的、通常是意想不到的方式做出贡献。
祝你的项目和合作顺利!
在回答电介质弹性体传感器商业化
Christoph指给我看对StretchSense首席执行官Ben O'Brien的采访。Ben谈到了基于弹性体的传感器的重要性。
嗨，志刚，谢谢你的介绍!我认为能够创业的公司越多越好。这将为
研究人员提供更多的资金，提高技术的知名度，并带来
规模经济。这是一个激动人心的时刻!
Gabor Kovacs回复电介质弹性体传感器商业化< div class="field-item ">
Gabor Kovacs给我发电子邮件说创业公司Optotune正在成功地生产和销售基于在介电弹性体上:透射激光散斑减速器。
Iain Anderson给我发电子邮件指出Artificial Muscle公司正忙于ViviTouch，一种基于介电弹性体的肝脏技术。观看视频 ViviTouch技术。
回复 < div class="field- name-comment-body field-type-text-long field-label-hidden">
亲爱的宣和:非常感谢您指出启明公司和PVDF。你说得很好:离子导体可以和各种介质配合使用。离子导体具有可拉伸性、透明性和生物相容性等特性，但每当一种材料被引入新应用时，它们也会带来兼容性和可靠性等挑战。我们必须看看新属性是否值得这么麻烦。
在撰写论文时，我们发现先前的工作使用PVDF(一种压电聚合物)来制造薄膜扬声器(参考文献21和22在我们的论文 中引用)。我们写了下面的内容。“将离子导体与透明压电聚合物配对将利用离子导体的高透明度;与介电弹性体相比，压电聚合物可以在更低的电场下工作，并且电场与应变之间具有线性关系(21,22)。并不是离子导体的所有特性在给定的应用中都是重要的。在这种情况下，大的拉伸性是不重要的。
Several students here have been looking into a suitable choice of PVDF. Your comment is very timely. Thank you.
But more generally, one should think about pairing all kinds ionic conductors with all kinds of dielectrics for all kinds of devices. This space is very large, and finding some particularly worthwhile combinations is really an interesting task.
几天前我遇到了michael Wang，他是一位从事硬质机器人研究多年的机械工程师。他对基于DE技术的软体机器人表现出极大的兴趣。
他给我们做了一个演讲，展示了研究硬机器人的传统方法，以及应用和商业化。正如他所指出的那样，除了概念设计的美丽想法之外，将软机器人推向应用的关键应该是对功能和控制进行复杂但非常有效的建模，就像他们在硬机器人上所做的那样。这个想法启发了我，我们正在考虑进一步的合作。
可拉伸离子的应用可能超越介电弹性体的电极。例如，SPS Strategic Polymers正在开发pvdf基介电聚合物的新技术和产品，由教授首创。张启明组。基于PVDF的聚合物大多处于半结晶状态，而PVDF致动器的结构与介电弹性体致动器相同，在两个电极之间夹有聚合物薄膜。该公司网站上有一个视频，展示了一个原型产品。
回复杂志俱乐部2013年9月主题:可拉伸离子
2011年6月我写了一篇关于Pulse的文章，这是一种基于介电弹性体的商业产品。该产品在亚马逊上上市，但现在已经停产。该产品的主要开发商是人工肌肉公司< A href="http://www.artificialmuscle.com/"> 。该公司成立于2004年。
一个不同的产品已经从一个创业公司出来< A href="http://www.stretchsense.com/">StretchSense。昨天，Christoph和我见到了StretchSense的首席执行官Ben O'Brien。本以前见过我们，当时他还是伊恩·安德森的一名优秀的研究生。StretchSense生产高度可拉伸的应变传感器。软机器人、可伸缩电子和生物电子学都需要这些传感器。使用其他技术很难实现该功能，但使用介电弹性体很容易实现。请务必观看该公司制作的YouTube视频。
Another recent startup is Compliant Transducer Systems led by Gabor Kovacs. Here is a YouTube video of their stacked actuator.
It will be useful to keep track of these commercial developments. Please leave comments when you find more.
非常有趣的工作!
不稳定性问题一定很有意义。
变形看起来不均匀，是否容易控制变形。
近年来，许多可拉伸传感器阵列已经被证明，其复杂性越来越高。这些传感器需要柔软和可拉伸，这样它们就不会约束软组织，也不会断裂。这些传感器阵列使用电子导体。一个主要的挑战是使电子导体可拉伸。我已经回顾了可拉伸电子和软机器的力学。
在我们的科学论文的结束语中，我们描述了使用离子导体开发传感器的前景。离子导体可以很容易地实现可拉伸性、生物相容性和透明性。它们更好地模拟神经。 The development of sensitive skins is rapid. We should soon see ionic skins.I look forward to reading a post about iSkin on iMechanica.
回复透明扬声器证明了一点。但重点是什么?
另一个关于透明扬声器的最新新闻视频:
http://mashable.com/2013/09/17/gel-speakers-cancel-sound/我也很喜欢读Meghan Rosen在ScienceNews上的故事，其中包含了一些研究软机器的研究人员的引用:
http://www.sciencenews.org/view/generic/id/352883/description/Stretchy_see-through_material_conducts_electricity回复材料应用设计< div class="field- name-comment-body field-type-text-long field-label-hidden">
亲爱的玄河:您使用盐水作为导体驱动软材料的工作非常令人兴奋。这项工作还指出了一系列将流体与软材料混合的设备。弹性体与气动或液压结合使用。变形可能非常大，不稳定是司空见惯的。它们被用来制造软体机器人。这里有一些最近的例子:
一个共同的主题是使用大变形(和不稳定性)做有用的事情。这个主题已经在你主持的iMech jClub 和D万博manbetx平台ouglas Holmes主持的中讨论过了。
利用大变形和不稳定性来实现功能，再一次将力学带到了工程的前沿。我们需要创造新的设计，将结构与功能联系起来。我们需要开发材料模型和计算工具，以使新兴的软机器领域成为可能。
回复杂志俱乐部2013年9月主题:Stretchable Ionics< div class="field- name-comment-body field-type-text-long field-label-hidden">
最初提交给Science的论文包含两个缩写词和一个简短的表达:
“可拉伸离子”是论文早期草稿的工作标题。
编辑指出这两个首字母缩略词让人分心。“可拉伸的离子学”这个词出现在了发表的论文中，但粘性的领先者却不见了。
除了让人分心，这些缩写还低估了离子导体的能力。STIC这个缩写忽略了离子导体的许多其他属性。更完整的列表可能是
首字母缩略词LEADER过分强调特定的配置。当然，除了层状几何结构外，人们还可以考虑介电-电解质-电极的多种结构。
这些缩写词确实以它们有限的方式发挥了一些作用。STIC列出了本文论证的关键属性。 LEADER is a configuration that has interesting properties.
< div class="field-万博manbetx平台 name-comment-body field-type-text-long field-label-hidden">
让我进一步评论一下高压的问题:
人们普遍认为高压是危险的，是你想要避免的。实际上，关于这一点还有很多要说的。与高压相关的危险在很大程度上与电路的电容成正比，因此在短路的情况下，最大电流和功率暴露。
与介电弹性体换能器的情况一样，它们在高电压下工作，但电流/电容非常低。通常，介电弹性体致动器的电容范围为1至1000皮频。即使在触摸这样一个设备的情况下，这也是安全的。我们每个人都经历过来自周围物体的小电容源的静电放电，例如一件套头衫。
此外，高电压可以在小封装中实现:由于我们不一定需要高电流来操作介电弹性体致动器，我们可以使用额定功率较低的放大器。作为一个例子，请看看以下硬币大小的放大器从EMCO:
http://www.emcohighvoltage.com/pdfs/agseries.pdf
这个小设备可以从手表或手机电池供电，并产生高达6000V的电压!
Christoph
回复亲爱的志刚，谢谢你< div class="field- name-comment-body field-type-text-long field-label-hidden">
亲爱的余航，
很高兴看到你加入我们的讨论!希望你不断壮大的家庭一切安好。
我对你的问题的一些看法:
均匀的厚度对于需要大面积均匀机械性能的水凝胶的应用是很重要的。我们实现同质特性的能力将与所采用的制造技术齐头并进。水凝胶和相关的离子导体在制造方面非常灵活:让我们想想3d打印，旋转涂层或相关技术。
另一方面，如果我们使用厚度等非均匀特性作为特征，这将对构建可调谐光学器件(例如具有可变焦距和光圈的透镜)具有很大的优势。
离子导体的最小可行长度尺度将由可拉伸电路的最大允许电阻规定。在任何情况下，我认为，水凝胶的3d打印应该让我们进入这个有限的长度尺度的特征尺寸。
伟大的思想! We would love to further explore hydrogels with tunable properties, such as color or wettability. Indeed, the rich palette of physical, mechanical and chemical properties available form ionic conductors is one of the things that got us excited about stretchable ionics in the first place!
Christoph
回复Re: Journal Club 2013年9月主题:Stretchable Ionics
亲爱的jzhou，
感谢您的提问。
碳纳米管的电阻率数据不是我们自己测量的。
我们使用了裴教授的数据，并引用了他的论文[L]。胡伟，袁伟，P. Brochu, G. Gruner, Pei .，高可拉伸、导电和透明纳米管薄膜。达成。理论物理。《社会科学》(英文版)。[br />遗憾的是，我无法从他们的论文中获得有关碳纳米管半径和手性的信息。]
您可以联系裴教授了解他们使用的碳纳米管的详细信息。
谢谢。< / p > < p >太阳。
回复杂志俱乐部2013年9月主题:可拉伸离子学< div class="field- name-comment-body field-type-text-long field-label-hidden">
亲爱的志刚，
感谢您的分享，并祝贺所有为这项鼓舞人的工作做出贡献的人。
这里有两个要点。
水凝胶的均匀性怎么样?我们可以用来制作电极图案的最小长度是多少?
正如你之前所说，水凝胶是一个很好的结合力学和化学的平台。你有没有想过在材料中加入一些功能分子，使其多功能?例如，在水凝胶中加入“Spiropyran”，你就可以制造出一种可以在拉伸时改变颜色的装置，你也可以改变材料的表面润湿性。
对- 登录或register发表评manbetx体育论
星期五，2013年9月6日14:31:04 +0000
塔希尔·A·赛义夫
评论24924，地址:https://imecha万博manbetx平台nica.org
-
RE:水凝胶电极的皱纹?
https://万博manbetx平台m.limpotrade.com/comment/24923#comment-24923
- Log in or register to post comments
星期四，2013年9月5日23:13:00 +0000
菲利普Rothemund
评论24923在https://imechanic万博manbetx平台a.org
-
对塔希尔关于可拉伸离子学的回答
https://万博manbetx平台m.limpotrade.com/comment/24922#comment-24922
- Log in or register to post comments
2013年9月5日星期四22:47:00 +0000
锁志刚
评论24922在https://imechanic万博manbetx平台a.org
-
谢谢你！
https://万博manbetx平台m.limpotrade.com/comment/24919#comment-24919
- Log in or register to post comments
2013年9月5日星期四16:14:50 +0000
Christoph Keplinger
评论24919:https://imechanic万博manbetx平台a.org
-
响应时间
https://万博manbetx平台m.limpotrade.com/comment/24918#comment-24918
- 登录或register发表评manbetx体育论
星期四，2013年9月5日15:53:00 +0000
KeithFoo
评论24918在https://imechanic万博manbetx平台a.org
-
透明人工肌肉
https://万博manbetx平台m.limpotrade.com/comment/24915#comment-24915
- 登录或register发表评manbetx体育论
2013年9月5日星期四10:45:30 +0000
剑朱
评论24915:https://imechanic万博manbetx平台a.org
-
杂志俱乐部2013年9月主题:可拉伸离子
https://万博manbetx平台m.limpotrade.com/comment/24914#comment-24914
- 登录或register发表评manbetx体育论
星期四，2013年9月5日05:05:39 +0000
塔希尔·A·赛义夫
评论24914:https://imechanic万博manbetx平台a.org
-
水凝胶电极的皱纹?
https://万博manbetx平台m.limpotrade.com/comment/24911#comment-24911
- Log in or register to post comments
星期三，2013年9月4日23:26:53 +0000
Jinxiong周
评论24911，地址:https://imecha万博manbetx平台nica.org
-
回复永干的评论
https://万博manbetx平台m.limpotrade.com/comment/24910#comment-24910
- 登录或register发表评manbetx体育论
2013年9月4日星期三20:14:34 +0000
马特·法尔
评论24910在https://imechanic万博manbetx平台a.org
-
非常鼓舞人心的工作!谢谢,中国!
https://万博manbetx平台m.limpotrade.com/comment/24909#comment-24909
- Log in or register to post comments
2013年9月4日星期三17:57:46 +0000
Hanqing江
评论24909在https://imechanic万博manbetx平台a.org
-
回应南叔的评论
https://万博manbetx平台m.limpotrade.com/comment/24908#comment-24908
- Log in or register to post comments
2013年9月4日星期三16:51:00 +0000
锁志刚
评论24908在https://imechanic万博manbetx平台a.org
回复对Taher关于可伸缩离子的回答
是的，志刚。它回答了我的问题。我猜是凝胶的孔径太小导致了扩散系数太小。
关于记忆，我更多的是沿着模拟记忆的路线思考，而不是数字记忆，因为它发生在自然神经系统中，这是由于突触的可塑性。或许值得探索的是，凝胶系统的“一种特性”是否会因“一种刺激”的重复应用而发生变化，并随着时间的推移而在神经元中发生变化。这意味着，凝胶记得它过去的历史。
回复水凝胶电极皱褶?
亲爱的金雄，
是的，在足够高的电压下，我们在实验中观察到活动区域的皱纹。水凝胶层的刚度远低于介电层的刚度。因此，它们没有明显地约束弹性体。施加步进电压后，在有源区局部出现皱纹。由于弹性体的粘性蠕变，皱纹逐渐蔓延到活动区域，直到击穿发生。这种行为与使用碳脂作为电极材料时非常相似。参见C. Keplinger等人。达成。理论物理。 Lett. 92, 1929032 (http://www.mendeley.com/download/public/5685731/3963543301/c05663a5d773d...).
With the debonding of the ionic conductors from the dielectric layer you bring up a very important issue for the functional capabilities of our design of stretchable, ionic conductors and is determined by the shear strength of the interface between the different components. In our experiments with dielectric elastomer actuators, wrinkling did not lead to delamination, but we observed delamination at very high stretches and high frequencies. In our paper we used VHB 4910 as dielectric, which is an adhesive tape. This allowed us to simply stick the hydrogels-after drying their surfaces-onto the VHB. To find a good combination among the countless possible combinations of different ionic conductors and dielectric materials or even to physically bond the layers can be a possible goal of future work
Philipp
回复杂志俱乐部2013年9月主题:Stretchable Ionics< div class="field- name-comment-body field-type-text-long field-label-hidden">
亲爱的Taher:非常感谢您的评论。溶剂在聚合物网络中迁移，但可能速度太慢，无法产生你想要的效果。对于水凝胶，我们已经在之前的几篇论文中测量了水通过聚合物网络迁移的有效扩散率(例如，这篇论文)。一个代表性的值是D = 10^-10 m^2/s。我们设备中使用的水凝胶厚度为H = 100 um。因此，松弛时间约为H^2/D = 100s。这种松弛时间比循环实验所用的时间尺度长得多。我们实验中使用的频率范围从1赫兹到20千赫。在我们的实验中，我们没有观察到你提到的效果。但我们也没有寻找这样的效果。 Does the above estimate address your question? Should we use another length scale in the above estimate?
Can we make artificial memory using ionic conductors? This question has come up several times in our internal discussions, but we have not given the matter any serious thought. I feel that we can, given that an artificial memory only need to mimic the function, but not the anatomy, of the actual memory. For example, a crude memory can be a structure with bitable states.
回复非常鼓舞人心的工作!谢谢,中国!
韩青你好，
感谢您对我们工作的关注!
以下是一些答案:
(1)我们的大多数目标应用程序将在室温或体温下运行。在这个温度范围内，大多数离子弹性体是稳定的。我们已经提到，离子导体代表了一大类材料。对于需要在高温下操作的应用，水凝胶不是最佳选择。找到能忍受更恶劣环境的离子导体确实是非常有趣的。
(2)我设想，当长度尺度变得如此之小，电路的电阻超过了可容忍的范围。离子导体，至少在未拉伸状态下，比金属具有更高的电阻率。 Therefore, ionic conductors are more limited with respect to miniaturization of conductive channels. Nevertheless, ionic conductors are intrinsically soft and stretchable, thus it will be easier to interface with biological systems.
(3) For low voltage applications we have to differentiate between actuation and sensing:
Sensing will be possible with voltages much lower than 1 V.
Electrostatic actuation is governed by the electric field. Thus the required voltages will depend on the thickness of the dielectric. It should be possible to bring them below 1kV.
Christoph
回复回复Yonggan's评论
你好Matt，
是的，你是对的。当机械拉伸时，电容和响应时间(RC时间)都会增加。通过考虑几何形状，我们可以证明电容的尺度是拉伸的4次幂，而RC时间尺度是拉伸的6次幂(的第11页)。对于这里考虑的代表性值，这个RC时间在6的范围内仍然比毫秒快。此外，考虑到RC时间总是可以由执行器设计在尺寸方面进行操纵，RC时间不是响应速度的基本限制，特别是对于小型设备。
Keith
回复杂志社2013年9月主题:可拉伸离子学< div class="field- name-comment-body field-type-text-long field-label-hidden">
亲爱的志刚，
祝贺并感谢你分享这篇精彩的作品。碳脂在
介电弹性体致动器中被广泛用作电极。然而，他们真的是凌乱和黑色。生物
肌肉可能是透明的，例如水生色素细胞中的肌肉。使人造肌肉更接近天然肌肉是一项有趣而有意义的研究。
除了应用于扬声器，离子导体也可能
在光学上有广泛的应用，例如，软透镜或人工眼睛，
由于透明度。
志刚将在第23届计算
力学研讨会(http://www.iwcmm23.org/program.html)上做全体演讲。
很高兴见到志刚，并很快了解到这项鼓舞人心的工作。
健
非常酷的论文，志刚。
它开启了许多可能性，并提供了思考的食粮。1)由于凝胶随着时间的推移发生了大的变形，可以预期
离子流体通过凝胶的孔隙进行了显著的输运，因此
耗散了能量，导致(a)高内摩擦和低Q，以及(b)
凝胶的某些力学性能随着时间的推移发生了变化，例如
各向异性增加。如果变形非常快，预计流量
将受到限制，因此q值很高。因此，似乎系统的阻尼
系数可能取决于振荡的频率。
你在报告中发现这个趋势了吗?
2)模拟神经-肌肉连接或神经元本身的概念
是有趣的。我在想记忆是否也可以被模仿，
即，转导是否依赖于先前的变形历史或
电压应用?如果是这样，“记忆”的保留是否取决于
最小电压应用次数和电压值?
回复杂志俱乐部2013年9月主题:可拉伸离子< div class="field- name-comment-body field-type-text-long field-label-hidden">
亲爱的志刚，
感谢您发表这个鼓舞人的话题。我们读了你的论文，学到了很多。祝贺你和你的团队完成了这项美丽的工作!
圆形致动器是介质弹性体常用且简单的演示之一，其中强制执行固定位移约束。如果施加的电压超过一个临界值，弹性体失去其张力状态，将发生皱折。这一现象被许多研究者观察到，而且起皱过程是可逆的。对于具有弹性电极的介电弹性体，也观察到起皱。
我的问题是您的学生在您的实验中是否观察到了水凝胶电极的褶皱?皱折是否与介电弹性体的失效有关?另一个问题是，水凝胶电极的起皱是否会影响水凝胶与介电弹性体之间的粘附?
Jinxiong
回复回复Yonggang's Comments< div class="field- name-comment-body field-type-text-long field-label-hidden">
亲爱的Zhigang，
我同意你可以通过增加面积和减少厚度来增加电容。这也将以相同的因子增加响应时间，这意味着响应时间将以数量级增加。这是个问题吗?对于低电压，你有什么想法?
回复杂志俱乐部2013年9月主题:可拉伸离子学
亲爱的志刚:
< span>感谢您发表这篇鼓舞人的作品!我怀着极大的兴趣读了你的论文。这是制造可拉伸离子导体的开创性工作。祝贺你和你的团队!
我有一些问题要讨论:
(1)离子弹性体热稳定吗?分裂吗?
(2)当可拉伸离子导体与微型器件集成时，您认为会出现哪些新问题?有兼容性问题吗?
(3)关于运行电压低的后续问题，是永刚问的，您回复的。如果您可以为e提供一些代表性的值，这将有所帮助。
Thank you and congradulations again!
回复Re: Journal Club 2013年9月主题:Stretchable Ionics< div class="field- name-comment-body field-type-text-long field-label-hidden">
亲爱的Nanshu，非常感谢您的评论。在这里，我们很喜欢阅读您的文章“柔性和可拉伸的电子设备为软机器人铺平道路”。我还饶有兴趣地阅读了软机器人领域的讨论。你的一个观点很清楚:到目前为止，可伸缩电子设备在制造传感器方面很有效，但软机器人将需要执行器。祝贺你成为《软机器人》杂志的副主编。
顺便说一下，有一本名为的书。这本书的重点是有机电子材料中的移动离子。我们把这个项目称为可拉伸离子学。
现在回答你的问题。
Will cycles and high voltages pose any challenge? Like most applications, fatigue can be an issue. However devices operating over millions of cycles have been demonstrated. As the field moves forward, issues of reliability will receive more attention. Right now I don't see fatigue as being a show stopper. High voltages are a serious issue. At the moment, the electric field needed for actuation is 10^8 V/m. Even when you make individual layer as thin as 10 um, the voltage will be at about 1000 V. For sensing, however, very low voltage is needed, as discussed in my response to Yonggang. There are more to the issue of high voltage. I'll try to get Christoph and Tiefeng to respond. They both have given the matter serious attention.
2. What are possible effects of ionic fluid in the environment on the ionic conductors? I assume some form of encapsulation will be needed in many applications. Hydrogels have been used inside bodies in tissue engineering and drug delivery. We should be able to learn from past experience.
3. What is the adhesion condition at the ionic conductor-dielectric elastomer interface? Jeong Yun discovered that the adhesion between the hydrogel and the dielectric was improved if, before attachment, he dried the surface of the hydrogel with nitrogen gas. The adhesion was good enough for our demonstration, but delamination deserves serious attention in future research.