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东华大学熊佳庆课题组AM:可动态感知电磁辐射的微纤维两栖机器人

高分子科学前沿  · 公众号  · 化学  · 2024-10-01 07:48

主要观点总结

本文介绍了基于微熔多孔微纤维膜(MFF)致动器的两栖软体机器人,通过热压编程策略,实现了对电磁辐射(EMR)的可靠动态检测。该致动器由聚偏氟乙烯热压纤维膜(HP-P)和导电织物组成,具有优异的光热转化性能和机械性能。通过热压获得的光热转化性能优异、机械性能良好的MFF,确保了致动器优异的响应速度和弯曲曲率。该研究还实现了致动器的厚度、结构取向、组装方式以及局部黑磷(BP)光热增强图案的高效编程,展示了多种智能变形材料、爬行/跳跃机器人、水上机器人和两栖机器人的应用潜力。此外,该致动器还具备出色的电磁辐射感知能力,为智能材料和软体机器人的开发提供了新的思路。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

软体机器人在环境探测、信息采集等领域有广泛应用需求,但大多数软体机器人运动模式单一,无法实现多环境适应性运动与环境自主感知。光热响应软体机器人具有刺激源丰富、响应快速和高环境适应性等优势,但现有技术存在微观结构、力学性能和局部响应可调控性差的挑战。

关键观点2: 研究创新点

提出微纤维膜的热压编程策略,开发出基于微熔多孔微纤维膜(MFF)致动器的两栖软体机器人。通过热压获得光热转化性能优异、机械性能良好的MFF,实现了致动器在结构、取向、组装方式和局部光热图案的高效编程,展示了多种智能变形材料和机器人的应用潜力。

关键观点3: 研究实现方式

利用导电织物层的电磁感应效应,使机器人能够在移动过程中同步感知环境EMR,灵敏度高达99.73% ± 0.15%(陆地)和99.51% ± 0.17%(水上)。此外,通过厚度编程及结构设计,实现了红外触发式蠕虫机器人的自适应水-陆两栖运动。

关键观点4: 研究应用及前景

该研究为高性能纤维材料的开发提供了策略参考,为开发具有自主环境适应/感知能力的智能材料和软体机器人提供了启发。此外,该致动器的电磁辐射感知能力为智能材料和软体机器人在远程信息采集和安全防护等领域的应用提供了新的思路。


文章预览

软体机器人在环境探测、信息采集、紧急救援、智能装备、人-机-环境交互等领域有广泛应用需求。目前大多数软体机器人运动模式单一,无法实现多环境适应性运动与 环境自主感知 。光热响应软体机器人具有刺激源丰富、响应快速和高环境适应性等优势。现有的光热致动器大多通过在柔性基质中整合各类光热填料实现,其微观结构、力学性能和局部响应可调控性较差,限制了结构/性能可编程软体机器人的开发。当前,微结构主导光热致动的智能响应材料研究较少,主要挑战在于难以精确协同材料的机械变形性和光热响应性。多孔材料(例如气凝胶)通常具有较高比表面积,能够提供蜿蜒曲折的透光路径,减少光学散射/反射损失,从而提高光热转换效率,但这类块体多孔材料的高厚度限制了其致动性能。相比之下,微纤维膜(MFF)具有微观结构 ………………………………

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