寧波質(zhì)料所在4D打印自傳感光響應相變軟體施行器方面獲得停頓

氣動(dòng)施行器因其彎曲水平高、自在度大、情況適應性強等特點(diǎn)，在醫療保健、復雜地形勘探等范疇有普遍的應用前景。但因為其壓力系統離不開(kāi)粗笨且剛性的泵驅動(dòng)氣體設備，極大地限造了施行器的尺寸和挪動(dòng)性，以及在室外情況中的應用。液-氣相變復合質(zhì)料是一種在柔性彈性體中摻雜液-氣相變質(zhì)料而構成的智能質(zhì)料。當溫度到達質(zhì)料沸點(diǎn)時(shí)，液滴蒸發(fā)產(chǎn)生壓力，帶動(dòng)復合質(zhì)料膨脹，因而每個(gè)微液滴都能夠看做是一個(gè)氣動(dòng)單位。通過(guò)那種體例，將氣源和氣泵的功用集成到次要質(zhì)料中，大大降低了系統的復雜性。然而，相變施行器的加熱體例遭到焦耳加熱或情況加熱的限造，需要外接電源或更高的情況溫度，那障礙了其更普遍的應用。此外，目前對施行器變形行為的監測凡是由光學(xué)相機記錄，然后對獲得的圖像停止后闡發(fā)，缺乏實(shí)時(shí)性。因而，若何設想一個(gè)無(wú)系繩，且具有感知本身運動(dòng)的柔性施行器仍是一個(gè)挑戰。

圖1 PRPTE施行器的驅動(dòng)、傳感原理和造造

針對上述問(wèn)題，中國科學(xué)院寧波質(zhì)料手藝與工程研究所增材造造質(zhì)料手藝團隊程昱川研究員和孫愛(ài)華研究員基于石墨烯、低沸點(diǎn)溶液微滴和硅橡膠，造備了一種集成變形驅動(dòng)和傳感特征于一體的光響應液-氣相變彈性體（PRPTE）（如圖1）。PRPTE具有優(yōu)良的機械性能，在100℃時(shí)，低沸點(diǎn)發(fā)作液-氣相變產(chǎn)生的軸向力能夠高達本身重量的400倍，且不變性?xún)?yōu)良。以該質(zhì)料為主動(dòng)層質(zhì)料，團隊接納4D打印手藝造備了一系列柔性施行器，實(shí)現彎曲、抓取和爬行等光控法式化運動(dòng)（如圖*）。

圖2 PRPTE傳感性能的表征

尤其重要的是，基于電容變革PRPTE表示出自傳感特征。石墨烯吸收近紅外光產(chǎn)生熱量，低沸點(diǎn)液體發(fā)作液-氣相變，介電常數減??；石墨烯因硅橡膠膨脹而逐步分離，彈性體介電常數減??；同時(shí)電極間距增大。在以上三個(gè)因素的配合感化下，PRPTE的電容會(huì )敏捷減小，從而實(shí)現對其變形的實(shí)時(shí)感知。模擬生物體操縱其本身信號反應調理肌肉收縮和拉伸，從而停止復雜運動(dòng)，團隊造備了一種人工肌肉（如圖2）。該人工肌肉能夠通過(guò)反應的電容值得知腿部彎曲角度，并按照需要的角度停止切確控造。該研究實(shí)現了柔性施行器的驅動(dòng)/傳感一體化功用集成，為設想和造造具有集成自感知才能的軟機器人供給了新思緒。

圖* 4D打印PRPTE/PDMS雙層構造施行器

該工做以“4D printing Light-Driven soft actuators based on Liquid-Vapor phase transition composites with inherent sensing capability”為題頒發(fā)在Chemical Engineering Journal, 202*, 4*4, 1402*1 。本研究得到了浙江省天然科學(xué)基金（No.LZ22E0*000*）、國度重點(diǎn)研發(fā)方案（No.2021YFB**01*00）、國度天然科學(xué)基金（No.118*4*66）和寧波市嚴重科技攻關(guān)（No.20211ZDYF020228）等項目標撐持。

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