宁波质料所在4D打印自传感光响应相变软体施行器方面获得停顿

气动施行器因其弯曲水平高、自在度大、情况适应性强等特点，在医疗保健、复杂地形勘探等范畴有普遍的应用前景。但因为其压力系统离不开粗笨且刚性的泵驱动气体设备，极大地限造了施行器的尺寸和挪动性，以及在室外情况中的应用。液-气相变复合质料是一种在柔性弹性体中掺杂液-气相变质料而构成的智能质料。当温度到达质料沸点时，液滴蒸发产生压力，带动复合质料膨胀，因而每个微液滴都能够看做是一个气动单位。通过那种体例，将气源和气泵的功用集成到次要质料中，大大降低了系统的复杂性。然而，相变施行器的加热体例遭到焦耳加热或情况加热的限造，需要外接电源或更高的情况温度，那障碍了其更普遍的应用。此外，目前对施行器变形行为的监测凡是由光学相机记录，然后对获得的图像停止后阐发，缺乏实时性。因而，若何设想一个无系绳，且具有感知本身运动的柔性施行器仍是一个挑战。

图1 PRPTE施行器的驱动、传感原理和造造

针对上述问题，中国科学院宁波质料手艺与工程研究所增材造造质料手艺团队程昱川研究员和孙爱华研究员基于石墨烯、低沸点溶液微滴和硅橡胶，造备了一种集成变形驱动和传感特征于一体的光响应液-气相变弹性体（PRPTE）（如图1）。PRPTE具有优良的机械性能，在100℃时，低沸点发作液-气相变产生的轴向力能够高达本身重量的400倍，且不变性优良。以该质料为主动层质料，团队接纳4D打印手艺造备了一系列柔性施行器，实现弯曲、抓取和爬行等光控法式化运动（如图*）。

图2 PRPTE传感性能的表征

尤其重要的是，基于电容变革PRPTE表示出自传感特征。石墨烯吸收近红外光产生热量，低沸点液体发作液-气相变，介电常数减小；石墨烯因硅橡胶膨胀而逐步分离，弹性体介电常数减小；同时电极间距增大。在以上三个因素的配合感化下，PRPTE的电容会敏捷减小，从而实现对其变形的实时感知。模拟生物体操纵其本身信号反应调理肌肉收缩和拉伸，从而停止复杂运动，团队造备了一种人工肌肉（如图2）。该人工肌肉能够通过反应的电容值得知腿部弯曲角度，并按照需要的角度停止切确控造。该研究实现了柔性施行器的驱动/传感一体化功用集成，为设想和造造具有集成自感知才能的软机器人供给了新思绪。

图* 4D打印PRPTE/PDMS双层构造施行器

该工做以“4D printing Light-Driven soft actuators based on Liquid-Vapor phase transition composites with inherent sensing capability”为题颁发在Chemical Engineering Journal, 202*, 4*4, 1402*1 。本研究得到了浙江省天然科学基金（No.LZ22E0*000*）、国度重点研发方案（No.2021YFB**01*00）、国度天然科学基金（No.118*4*66）和宁波市严重科技攻关（No.20211ZDYF020228）等项目标撑持。

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