用果冻和盐造软体机器人?剑桥大学最新成果,可做传感器还能自愈

果冻和盐造软体机器人?剑桥大学最新成果,可做传感器还能自愈用果冻和盐就能造一个机器人?看这QQ弹弹的样子,甚至想让人咬一口。这是剑桥大学的最新成果——一种可生物降解的 3D 打印材料,用低成本弹性明胶材料和盐制成,可以感知应变、温度和湿度,可以“自愈”,还能用来造软体机器人!把“果冻”打印到手套上,它能够感应关节的弯曲变化,“推断”出本体感应数据:还能制成气动软体机器人,轻松控制机器人弯曲伸长,即使损坏了也能在1小时内自愈!▍用果冻和盐制成的材料有多神奇?这种“果冻”材料其实是一种明胶水凝胶,添加甘油、柠檬酸混合物,可防止水凝胶干燥而发生的玻璃化效应,并增加弹性。想要让这种材料具有传感的能力,还需要“传感添加剂”——氯化钠(盐)的参与。氯化钠可溶于充满水的水凝胶中,它为离子传导提供了一个均匀的通道——离子的运动,在施加应力后,应变的变化会导致高度线性的响应。添加氯化钠后,“果冻”可以感应超过其原始长度三倍的拉伸,因此可以将材料整合到灵活和可拉伸的机器人设备中。除此之外,“果冻”还具有自愈的能力,在水凝胶的三维亲水性结构中,含有多种亲水基团,可以键合大量的水,在受到外部影响时,能够在损伤区域产生流动相以填充裂纹。早期的自我修复材料需要加热才能愈合,但剑桥大学开发的“果冻”材料可以在室温下愈合,并且愈合时间不超过1小时!不仅如此,它还可以检测到何时受损,采取必要的措施来暂时治愈自己,然后恢复工作——所有这些都不需要人工干预。▍基于水凝胶的“果冻”传感器首次用于气动制动器“果冻”材料不仅成本低廉,并且易于制造,可以使用3D打印的方式成型。研究人员将“果冻”直接印在丁腈手套的表面上,它可以作为一个传感器,感受五根手指的运动,每根手指都能返回单独的应变响应,从而能够推断出本体感受数据。它也可用于成型复杂结构,例如具有多个腔室的气动软体执行器:这是水凝胶首次用于制作这种复杂的气动执行器结构,研究人员对其进行了长达5个月的测试,发现即使在损坏之后,“果冻”也可以感应并给出内部状态的信息,并且快速治愈自己,而且在5个月内执行器的功能没有任何退化。▍未来可用于人造皮肤或多种可穿戴设备中该研究发表在NPG Asia Materials杂志上,论文题目为“Self-healing ionic gelatin/glycerol hydrogels for strain sensingapplications”。将软传感技术结合到机器人技术中,可以改变机器人、触觉界面和可穿戴设备等应用。然而,大多数软传感技术并不耐用并且需要消耗大量能量。剑桥大学的“果冻”传感器材料不仅能自愈,而且既便宜又易于制造,它比许多现有的替代品更可取,可长期使用不会干燥、固化,而且完全由广泛可用的食品安全材料制成。“我们多年来一直在使用自愈材料,但现在我们正在寻找更快、更便宜的方法来制造自愈机器人,”论文的作者Thomas George-Thuruthel 博士说。“果冻”材料目前只是一个概念验证,未来它可以被进一步开发,并应用于人造皮肤、仿生手臂和各种定制的可穿戴和可生物降解传感器中。

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