【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學院合肥物質(zhì)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(tǒng)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?；诓粚ΨQ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(zhì)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?；诔跏夹螒B(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(tǒng)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