新加坡南大科学家开发的乐高式通用连接器使可伸缩设备的组装变得轻而易举

由新加坡南洋理工大学 (NTU Singapore)的研究人员领导的国际团队开发了一种通用连接器，可以像“乐高积木”一样简单快速地组装可拉伸设备。

包括软体机器人和可穿戴医疗保健设备在内的可伸缩设备使用具有不同材料特性的几种不同模块进行组装 - 一些是软的，一些是刚性的，一些是封装的。

然而，目前用于连接模块的商用浆料(胶水)在变形或容易断裂时往往无法可靠地传输机械和电信号。

要创建功能可靠的设备，模块连接器(接口)必须定制，具有足够的强度以执行其预期任务。

制造易于组装的可拉伸设备而不影响其在压力下的强度和可靠性一直是限制其发展的长期挑战。

今天，南洋理工大学领导的团队在《自然》杂志上报告了他们对这一挑战的回答，即BIND 界面(双相、纳米分散界面)，它使可拉伸设备的组装变得简单，同时提供出色的机械和电气性能。

就像用乐高积木搭建结构一样，只需将带有 BIND 接口的任何模块压在一起，即可组装出高性能的可拉伸设备。

这种连接电子模块的便捷方式可以构成组装未来可伸缩设备的基础，生产商可以根据自己的设计“即插即用”组件。

该研究的主要作者、新加坡南洋理工大学材料科学与工程系校长讲座教授、新加坡科技研究局 (A*STAR) 材料研究与工程研究所科学主任陈晓东说：“我们的突破性创新使得形成和使用可拉伸设备变得非常容易，因为它像“通用连接器”一样工作。任何带有 BIND 接口的电子模块只需将它们按在一起不超过 10 秒即可连接。此外，我们省去了为特定系统构建定制接口的繁琐过程，我们相信这将有助于加速可伸缩设备的开发。”

这项研究与大学 NTU2025 五年战略计划的研究支柱保持一致，该计划将健康和社会作为一个具有重大智力和社会影响潜力的领域。

卓越的机械和电气拉伸性

在实验中，通过接口连接的模块表现出了优异的性能。在进行拉伸测试时，模块在断裂前能够承受高达原始长度七倍的拉伸。此外，模块的电传输在拉伸时仍保持其原始长度的2.8 倍。

BIND 界面还使用标准剥离粘合测试评估了其界面韧性，其中通过以 180° 的恒定速度将其拉开来测试两个模块之间的粘合强度。对于封装模块，研究人员发现创新技术比传统连接器坚固 60 倍。

南大材料科学与工程学院研究员姜颖博士说：“这些令人印象深刻的结果证明，我们的界面可用于构建功能强大且可靠的可穿戴设备或软体机器人。例如，它可以用于高质量的可穿戴健身追踪器，用户可以在其中以最舒适的方式进行伸展、手势和移动，而不会影响设备捕获和监测其生理信号的能力。”

为了证明在现实生活中使用的可行性，该团队使用 BIND 接口构建了可拉伸设备，并在大鼠模型和人体皮肤上进行了测试。

当连接到大鼠模型时，来自可拉伸监测设备的记录显示可靠的信号质量，尽管线路受到干扰，例如触摸和拉动。当粘在人体皮肤上时，该设备会收集高质量的肌电图 (EMG) 信号，这些信号可以测量肌肉在肌肉收缩和放松过程中产生的电活动，甚至在水下也是如此。

界面如何工作

为了开发 BIND 界面，研究人员热蒸发金属(金或银)纳米粒子，在通常用于可拉伸电子产品(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)的软热塑性塑料内形成坚固的互穿纳米结构。

由此产生的纳米结构提供了连续的机械和电气通路，使具有 BIND 连接的模块即使在变形时也能保持坚固。

东京大学电气与电子工程系 Takao Someya 教授作为未参与这项研究的专家发表了自己的观点，他说：“这项研究在开发具有出色弹性的电键合技术方面取得了重大成就，避免了应力集中在不同刚度的模块之间的互连处，从而减少噪声的产生。随着工业上可扩展的高通量制造方法的建立，预计将加速可拉伸设备的工业应用。”

耶路撒冷希伯来大学化学研究所的 Shlomo Magdassi 教授作为独立专家评论说：“陈晓东教授及其团队开发的这种新的通用且简单的即插即用方法意义重大，因为它将使快速通过简单的压制将不同的组件组合在一起，形成具有各种功能和复杂性的设备，加速可拉伸电子领域的发展。”

该创新已申请国际专利。对于他们的下一步，研究团队正在开发一种更高效的印刷技术，以扩大这项创新的材料选择和最终应用，以加速其从实验室到产品设计和制造的转化。

国际研究团队还包括来自斯坦福大学、深圳先进技术研究院 (SIAT)、新加坡科学技术研究局 (A*STAR) 和新加坡国立大学的贡献者。