【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，四川大學(xué)機械工程學(xué)院柔性機器人團(tuán)隊蒲偉教授、肖堯予研究員報道了一種能使用能在自然太陽光和人體體溫驅(qū)動下自主化運動的軟體機器人。該工作以“Dynamic Liquid Crystal Elastomers for Body Heat- and Sunlight Driven Self-Sustaining Motion via Material-Structure Synergy”為題發(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》期刊上。我校機械工程學(xué)院碩士研究生劉清同學(xué)為該論文第一作者，蒲偉教授、肖堯予研究員為通訊作者，我校機械工程學(xué)院為第一完成單位。
在該工作中，首先構(gòu)筑了一種Tni低至~32°C的碳納米管摻雜Diels-Alder動態(tài)交聯(lián)液晶彈性體。該材料具有優(yōu)異的可重加工性、可重編程性及可重構(gòu)性，可通過3D打印技術(shù)制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)。基于此，團(tuán)隊構(gòu)建了同手性加捻卷繞型(HOTC)自主化驅(qū)動器。利用材料-結(jié)構(gòu)協(xié)同作用，該驅(qū)動器在30°C下實現(xiàn)了480%/s的應(yīng)變速率，并由此構(gòu)筑能夠在體溫和自然陽光驅(qū)動下實現(xiàn)自發(fā)運動的軟體機器人。該機器人具有強魯棒性，在粗糙皮膚、光滑玻璃、彎曲圓柱(曲率半徑30-46 mm)表面均能穩(wěn)定運動。同時機器人也能夠在22°C下實現(xiàn)自持解扭轉(zhuǎn)-扭轉(zhuǎn)運動。這項研究工作通過材料-結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計，打破了傳統(tǒng)自主化軟體機器人難以實現(xiàn)高應(yīng)變速率和自主滾動/振蕩的瓶頸，同時實現(xiàn)了體溫、自然陽光以及常溫下的多種自主化驅(qū)動模式。該工作為生物醫(yī)療熱驅(qū)動器件及環(huán)境能源驅(qū)動的自主化軟體機器人開辟了全新路徑。
圖1.(a)用于制備低Tni DALCE的材料組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)。(b) 摻雜CNT的DALCE致動器的重新編程過程示意圖。DALCE致動器在(c)溫暖皮膚或(d)自然陽光下自持續(xù)滾動的示意圖。
圖2.基于DALCE的軟體機器人在(a,b)體溫、(c)自然陽光、(d,e)模擬太陽光以及(f)常溫下的多種自持驅(qū)動模式。
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