Вдохновением для создания батарей нового типа послужили электрические угри, которые оглушают свою добычу с помощью модифицированных мышечных клеток, называемых электроцитами. Подобно им, желеобразные материалы, разработанные исследователями из Кембриджа, имеют слоистую структуру, напоминающую липкий конструктор Lego. Это делает их способными проводить электрический ток.

Самовосстанавливающиеся желеобразные батареи могут растягиваться более чем в десять раз по сравнению с первоначальной длиной, не теряя при этом своей проводимости. Это первый раз, когда такие характеристики удалось объединить в одном материале.

Желейные батареи изготовлены из гидрогелей: трехмерных сеток полимеров, содержащих более 60% воды. Они удерживаются вместе благодаря обратимым взаимодействиям, которые контролируют механические свойства состава. Эта способность, а также возможность имитировать характеристики тканей человека делает гидрогели идеальными кандидатами для мягкой робототехники и биоэлектроники. 

"Трудно создать материал, который одновременно хорошо растягивается и обладает высокой проводимостью, поскольку эти два свойства обычно противоречат друг другу", — говорит первый автор исследования Стивен О'Нил из Университета Кембриджа.

"Обычно гидрогели состоят из полимеров, которые имеют нейтральный заряд, но если мы их зарядим, они могут стать проводящими, — объясняет соавтор Джейд МакКьюн, также из Кембриджа. — Изменяя солевой компонент каждого геля, мы можем сделать их липкими и сжать их в несколько слоев, чтобы создать больший энергетический потенциал".

В традиционной электронике используются жесткие металлические материалы с электронами в качестве носителей заряда. Желеобразные батареи для этого используют ионы.

Гидрогели прочно слипаются друг с другом благодаря обратимым связям, которые могут образовываться между различными слоями с помощью бочкообразных молекул, называемых кукурбитурилами, которые действуют как молекулярные наручники. Обеспечиваемое ими сильное сцепление между слоями позволяет растягивать желеобразные батареи без разрушения материала и, что особенно важно, без потери проводимости.

"Мы можем настроить механические свойства гидрогелей так, чтобы они соответствовали тканям человека, — говорит профессор Орен Шерман, директор Мелвиллской лаборатории синтеза полимеров, который руководил исследованием в сотрудничестве с профессором Джорджем Маллиасом с инженерного факультета. — Поскольку гидрогелевые имплантаты не содержат жестких компонентов, таких как металл, вероятность того, что они отторгнутся организмом или вызовут образование рубцовой ткани, гораздо ниже".

Помимо мягкости, гидрогели еще и удивительно прочны. Они выдерживают сдавливание, не теряя своей первоначальной формы, и могут самовосстанавливаться при повреждении.

Исследователи уже планируют будущие эксперименты по тестированию гидрогелей на живых организмах и оценке их пригодности для ряда медицинских применений.

Результаты научной работы опубликованы в журнале Science Advances.