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          “植物卷須”啟發(fā)智能仿生機器人研制——科學(xué)島團隊開(kāi)發(fā)基于不對稱(chēng)熱膨脹的可編程液態(tài)金屬光致動(dòng)器

          作者:李宵飛發(fā)布時(shí)間:2023-11-30【打印】【關(guān)閉】
            近期,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所田興友研究員和張獻研究員團隊受植物卷須啟發(fā),利用液態(tài)金屬微球的光熱效應開(kāi)發(fā)了基于不對稱(chēng)熱膨脹的液態(tài)金屬 /聚酰亞胺 /聚四氟乙烯( LM/PI/PTFE)可編程光熱致動(dòng)器。該光熱致動(dòng)器在柔性機器人、智能設備和仿生系統領(lǐng)域展現出廣闊的應用前景。相關(guān)結果作為封面文章發(fā)表在材料類(lèi) TOP期刊 Advanced Functional Materials 上。

            光熱致動(dòng)器可以將光能通過(guò)熱能轉化為機械能,憑借結構簡(jiǎn)單、構筑方法便捷、光源清潔可持續等特點(diǎn),引起了研究人員的極大關(guān)注。然而,構筑光熱致動(dòng)器的常用光熱填料(碳材料和金屬微晶)是剛性填料,會(huì )降低基底的柔韌性和光熱致動(dòng)器的響應速率。液態(tài)金屬(LM)作為一種新興柔性填料,其微球與其他金屬顆粒類(lèi)似,且具有優(yōu)異的光熱性能,可用于制備光熱致動(dòng)器。 

            不對稱(chēng)熱膨脹是構筑光熱致動(dòng)器的基本原理,但尚未用于構筑可編程液態(tài)金屬光熱致動(dòng)器。基于不對稱(chēng)熱膨脹的液態(tài)金屬光熱致動(dòng)器也無(wú)法滿(mǎn)足需要多種動(dòng)作的復雜應用,大大限制了光熱致動(dòng)器的應用。因此,構筑基于不對稱(chēng)熱膨脹的可編程液態(tài)金屬光熱致動(dòng)器并豐富其動(dòng)作至關(guān)重要。 

            鑒于此,受植物卷須的啟發(fā),固體所研究人員通過(guò)引入聚四氟乙烯( PTFE)帶作為“可以收縮和彎曲的原生質(zhì)層”,構筑了基于不對稱(chēng)熱膨脹的可編程液態(tài)金屬光熱致動(dòng)器。該可編程液態(tài)金屬光熱致動(dòng)器具有形變大、響應快、穩定性?xún)?yōu)異和高承重等優(yōu)點(diǎn)。研究人員進(jìn)一步對該可編程液態(tài)金屬光熱致動(dòng)器進(jìn)行了建模,通過(guò)有限元分析( FEA)準確預測了彎曲形貌。基于初始形態(tài)的可編程性和模型預測,成功設計出具有爬行、滾動(dòng)、游泳、抓取、搬運等多種功能的機器人。該工作為光熱致動(dòng)器的設計提供了新策略,并使得光熱致動(dòng)器未來(lái)在仿生系統和機器人領(lǐng)域的發(fā)展應用成為可能。

            田興友研究員和張獻研究員為文章的共同通訊作者,博士生李宵飛為論文第一作者。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、合肥物質(zhì)研究院院長(cháng)基金、中央引導地方科技發(fā)展專(zhuān)項基金的支持。 

            論文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202310380 

            1. 受植物卷須啟發(fā)構筑的可編程液態(tài)金屬光熱致動(dòng)器。

            2. 基于初始形態(tài)的可編程性和模型預測,設計出具有爬行、滾動(dòng)、游泳、抓取、搬運等多種功能的柔性機器人。

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