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軟體機器人:一種同時包含熱和光兩種可逆鍵的

文章出處:admin 人氣:發表時間:2018-03-02 11:48

在軟體機器人體系中,材料通常肩負保證三維形狀支撐和實現所須變形兩個任務。其中,用于形狀支撐的材料通常在外界刺激下是穩定不變的,而用于后者的材料則須根據軟體機器人特定的功能要求發生形狀的改變。現有的單一材料無法同時滿足上述兩種要求,因此,設計軟體機器人體系時不可避免須要多種不同性能的材料進行組裝。那么,是否有辦法實現無需組裝且單一組分的軟體機器人呢?

 

最近,浙江大學謝濤教授和趙騫副教授課題組設計了一種同時包含熱和光兩種可逆鍵的結晶性聚合物網絡,通過這兩種共價鍵給材料帶來的固態塑性與雙向形狀記憶效應實現了這一目標。

圖1:熱致可逆揮動翅膀的單組分紙鶴

 

研究者在結晶性聚己內酯體系中引入了熱響應的酯鍵/氨酯鍵和光響應的硝基肉桂酯鍵兩種可逆共價鍵(如圖2所示)。他們利用熱可逆共價鍵帶來的熱致固態塑性改變材料的永久形狀,構建軟體機器人所需要的復雜三維形狀。同時,利用光高度的空間選擇性,通過二次交聯的策略,在材料特定區域固定分子取向實現區域化地雙向形狀記憶變形來驅動軟體機器人運動(如圖3所示)。

 

由于這兩種可逆鍵互不干擾,研究者將機器人體系中所需要的兩種功能(三維形狀支撐和可控復雜變形)在同一張聚合物薄膜中分步引入,從一張塑料片出發,無須組裝即可構建出軟體機器人體系(3D紙鶴與大象,如圖4所示)。

圖4:單組分聚合物機器人

 

論文最近發表于Science Advances,第一作者為博士生金斌杰。該研究的意義在于將兩種互不干擾的可逆共價鍵引入聚合物網絡之中,并利用其特有的材料性質克服了多組分組裝這一設計難點,為以后的軟體機器人設計提供了新思路。


 

此文關鍵字:軟體機器人

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