天博中科院团队在4D打印柔性执行器方面取得进展—新闻—科学网

气动履行器因其弯曲水平高、自由度年夜、情况顺应性强等特色，于医疗保健、繁杂地形勘探等范畴有广泛的运用远景。但因为其压力体系离不开粗笨且刚性的泵驱动气体装备，极年夜地限定了履行器的尺寸以及挪动性，和于室外情况中的运用。液-气相变复合质料是一种于柔性弹性体中掺杂液-气相变质料而造成的智能质料。当温度到达质料沸点时，液滴蒸发孕育发生压力，动员复合质料膨胀，是以每一个微液滴均可以看做是一个气动单位。经由过程这类体式格局，将气源以及气泵的功效集成到重要质料中，年夜年夜降低了体系的繁杂性。然而，相变履行器的加热体式格局遭到焦耳加热或者情况加热的限定，需要外接电源或者更高的情况温度，这拦阻了其更广泛的运用。此外，今朝对于履行器变形举动的监测凡是由光学相机记载，然后对于得到的图象举行后阐发，缺少及时性。是以，怎样设计一个无系绳，且具备感知自身运动的柔性履行器仍是一个应战。

针对于上述问题，中国科学院宁波质料技能与项目研究所增材打造质料技能团队程昱川研究员以及孙爱华研究员基在石墨烯、低沸点溶液微滴以及硅橡胶，制备了一种集成变形驱动以及�첩传感特征在一体的光相应液-气相变弹性体（PRPTE）（如图1）。PRPTE具备优秀的机械机能，于100℃时，低沸点发生液-气相变孕育发生的轴向力可以高达自身重量的400倍，且不变性精良。以该质料为自动层质料，团队接纳4D打印技能制备了一系列柔性履行器，实现弯曲、抓取以及爬行等光控步伐化运动（如图3）。

尤为主要的是，基在电容变迁PRPTE体现出自传感特征。石墨烯接收近红外光孕育发生热量，低沸点液体发生液-气相变，介电常数减小；石墨烯因硅橡胶膨胀而逐渐分离，弹性体介电常数减小；同时电极间距增年夜。于以上三个要素的配合作用下，PRPTE的电容会迅速减小，从而实现对于其变形的及时感知。模拟生物体哄骗其自身旌旗灯号反馈调治肌肉紧缩以及拉伸，从而举行繁杂运动，团队制备了一种人工肌肉（如图2）。该人工肌肉可以经由过程反馈的电容值得悉腿部弯曲角度，并按照需要的角度举行切确节制。该研究实现了柔性履行器的驱动/传感一体化功效集成，为设计以及打造具备集成自感知威力的软呆板人提供了新思绪。

该事情以 4D printing Light-Driven soft actuators based on Liquid-Vapor phase transition composites with inherent sensing capability 为题揭晓于Chemical Engineering Journal, 2023, 454, 140271 （https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140271）。本研究获得了浙江省天然科学基金（No.LZ22E030003）、国度重点研发规划（No.2021YFB3701500）、国度天然科学基金（No.11874366）以及宁波市庞大科技攻关（No.20211ZDYF020228）等工程的撑持。

图1 PRPTE履行器的驱动、传感道理以及打造

图2 PRPTE传感机能的表征

图3 4D打印PRPTE/PDMS双层布局履行器

（原标题：宁波质料地点4D打印自传感光相应相变软体履行器方面取患上进展）

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