Несмотря на успехи в создании эластичной и повторяющей форму электроники и приводов, им часто не хватает биологической способности реагировать на повреждения и самостоятельно восстанавливаться. Чтобы решить эту проблему, команда разработала «умную» самовосстанавливающуюся искусственную мышцу. Ее многослойная структура позволяет системе обнаруживать и определять местоположение повреждения, а затем автоматически запускать процесс самовосстановления без какого-либо внешнего вмешательства.

Разработанная командой «мышца», или привод (механизм, который преобразует энергию в физическое движение), состоит из трех слоев. Нижний слой обнаруживает повреждения — это мягкая электронная кожа из жидкого металла в силиконовой основе. К нему прикреплен средний слой, способный к самовосстановлению, сделанный из жесткого термопластика. Верхний слой отвечает за движение: при подаче воды под давлением он активирует «мышцу».

Для начала работы через нижний слой «кожи» мышцы пропускают пять контрольных токов, которые отслеживаются микроконтроллером. Если этот слой повреждается, например, проколом или давлением, между его проводниками возникает электрическая сеть. Система распознает это изменение электрического сигнала как признак повреждения и усиливает ток в образовавшейся цепи.

Эта цепь начинает работать как локальный нагреватель, преобразуя электричество в тепло непосредственно в месте повреждения. Через несколько минут это тепло расплавляет и восстанавливает средний термопластичный слой, «залечивая» таким образом повреждение.

Финальлый этап — возвращение системы в первоначальное состояние путем «стирания» электрического следа повреждения на нижнем слое. Для этого исследователи используют электромиграцию — процесс, при котором электрический ток заставляет атомы металла перемещаться. В обычных металлических схемах это считается серьезной проблемой, поскольку движение атомов приводит к деформации и разрывам в материалах, что вызывает сбои и поломки устройств и препятствует миниатюризации электроники.

Однако исследователи нашли оригинальный способ использовать электромиграцию в своих целях. Дело в том, что при повреждении нижнего слоя мышцы образуются устойчивые электрические цепи, которые без возможности «очистки» не позволили бы системе пройти более одного цикла восстановления. У электромиграции есть способность физически разделять ионы металла и вызывать разрыв цепи. Если увеличить ток, электромиграция помогает «стереть» эти следы, разрывая образовавшиеся электрические цепи. В результате система получает способность самовосстанавливаться многократно.

В сельском хозяйстве технология пригодится роботам, работающим с острыми предметами, а в медицине увеличит долговечность носимых устройств для здоровья. Еще решение способно уменьшить количество электронных отходов, которые быстро устаревают и содержат вредные вещества, например, свинец и ртуть.