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软体机器人:一种同时包含热和光两种可逆键的

文章出处:admin 人气:发表时间:2018-03-02 11:48

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在软体机器人体系中,材料通常肩负保证三维形状支撑和实现所须变形两个任务。其中,用于形状支撑的材料通常在外界刺激下是稳定不变的,而用于后者的材料则须根据软体机器人特定的功能要求发生形状的改变。现有的单一材料无法同时满足上述两种要求,因此,设计软体机器人体系时不可避免须要多种不同性能的材料进行组装。那么,是否有办法实现无需组装且单一组分的软体机器人呢?

 

最近,浙江大学谢涛教授和赵骞副教授课题组设计了一种同时包含热和光两种可逆键的结晶性聚合物网络,通过这两种共价键给材料带来的固态塑性与双向形状记忆效应实现了这一目标。

图1:热致可逆挥动翅膀的单组分纸鹤

 

研究者在结晶性聚己内酯体系中引入了热响应的酯键/氨酯键和光响应的硝基肉桂酯键两种可逆共价键(如图2所示)。他们利用热可逆共价键带来的热致固态塑性改变材料的永久形状,构建软体机器人所需要的复杂三维形状。同时,利用光高度的空间选择性,通过二次交联的策略,在材料特定区域固定分子取向实现区域化地双向形状记忆变形来驱动软体机器人运动(如图3所示)。

 

由于这两种可逆键互不干扰,研究者将机器人体系中所需要的两种功能(三维形状支撑和可控复杂变形)在同一张聚合物薄膜中分步引入,从一张塑料片出发,无须组装即可构建出软体机器人体系(3D纸鹤与大象,如图4所示)。

图4:单组分聚合物机器人

 

论文最近发表于Science Advances,第一作者为博士生金斌杰。该研究的意义在于将两种互不干扰的可逆共价键引入聚合物网络之中,并利用其特有的材料性质克服了多组分组装这一设计难点,为以后的软体机器人设计提供了新思路。


 

此文关键字:软体机器人

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