柔性聚合物材料的光驱动性机器人

2020-02-15 22:30:17 来源: 伊犁信息港

柔性聚合物材料的光驱动性机器人

发展微型化、湿软机器人的障碍之一是为克服功率重量比而能够高效移动而对内部动力能源的需求。一国际团队(包括仁荷大学、匹兹堡大学及美国空军实验室)已在其之前的研究基础上发现了一种无需提供电子或其他传统动力就能直接将紫外光转换为动力的新材料。这项研究已发表在Nature Communications.杂志上。

其他研究计划利用周围环境能源资源,如磁、声、热以及温度变化来避免增加结构而导致的运动力。不过,对研究人员来说,光因其速度、时间可控、能使材料高效定向产生力学响应,因而更具有吸引力。该团队从一种液晶态聚合物制备得到单片聚合物薄膜并做了着重研究。

“我们初的研究表明,这些柔性聚合物被不同形式的光引发而移动。然而,除非你能紧紧地控制它的移动,一个机器人或是类似的设备是不会这么高效的。多亏了Dr. White 和他的团队在AFRL的工作,我们才能够展示对材料方向性的控制以及攀爬移动。” Dr. Shankar说。

这些特定聚合物的“照片移动”是被紫外光照射后自发形成的螺旋式结构的结果。控制光的照射便能得到相应的移动,并且该移动仅依附聚合物自身,无需外界动力源。

复杂的自动机械设计,比如电池、轮子或机械臂等部分会致使设备重量的增加。而这对于柔软或湿软的机器人的定义来说是矛盾的。而利用这种新材料来设计,材料自身就是机器,不需要任何额外的移动部分或机械装置,避免了额外的增重以及对机器移动力和效率的限制。

除了能单向移动,研究团队还使聚合物爬上一个15度角的载玻片。尽管这片扁平的聚合物样片很小---约15mm长,1.25mm宽——他们能以每秒几毫米的速度被光驱动。只要材料还被照明状态,运动就永不停歇。

研究人员认为:“这些柔性聚合物材料的光驱动性开启了一个探索柔性机器人的新天地。减去了电池、移动部位和其他笨重设备带来的多余重量,我们有望创造出在多余重量和体积为不利因素的条件下,比如能在太空探索或其他极端环境下工作的机器人。

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