【儀表網 研發(fā)快訊】近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所研究員田興友和張獻團隊，受植物卷須啟發(fā)，利用液態(tài)金屬微球的光熱效應，開發(fā)出基于不對稱熱膨脹的液態(tài)金屬/聚酰亞胺/聚四氟乙烯(LM/PI/PTFE)可編程光熱致動器。該光熱致動器在柔性機器人、智能設備和仿生系統領域頗具應用前景。
 

　　光熱致動器可以將光能通過熱能轉化為機械能，具有結構簡單、構筑方法便捷、光源清潔可持續(xù)等特點，因而備受關注。然而，構筑光熱致動器的常用光熱填料(碳材料和金屬微晶)是剛性填料，會降低基底的柔韌性和光熱致動器的響應速率。液態(tài)金屬(LM)作為新興柔性填料，其微球與其他金屬顆粒類似，且具有優(yōu)異的光熱性能，可用于制備光熱致動器。
 

　　不對稱熱膨脹是構筑光熱致動器的基本原理，但未用于構筑可編程液態(tài)金屬光熱致動器。基于不對稱熱膨脹的液態(tài)金屬光熱致動器無法滿足需要多種動作的復雜應用，限制了光熱致動器的應用。因此，構筑基于不對稱熱膨脹的可編程液態(tài)金屬光熱致動器并豐富其動作至關重要。
 

　　鑒于此，受植物卷須的啟發(fā)，該研究通過引入聚四氟乙烯(PTFE)帶作為可以收縮和彎曲的原生質層，構筑了基于不對稱熱膨脹的可編程液態(tài)金屬光熱致動器。該可編程液態(tài)金屬光熱致動器具有形變大、響應快、穩(wěn)定性優(yōu)異和高承重等優(yōu)點。研究進一步對該可編程液態(tài)金屬光熱致動器進行建模，并通過有限元分析(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，科研人員設計出具有爬行、滾動、游泳、抓取、搬運等多種功能的機器人。這一成果為光熱致動器的設計提供了新策略，并使得光熱致動器未來在仿生系統和機器人領域的發(fā)展應用成為可能。
 

　　相關研究成果作為封面文章，發(fā)表在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。研究工作得到國家自然科學基金、合肥研究院院長基金、中央引導地方科技發(fā)展資金的支持。
 

受植物卷須啟發(fā)構筑的可編程液態(tài)金屬光熱致動器
 

　　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、游泳、抓取、搬運等多種功能的柔性機器人