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灵活变化,张弛有度——源自海参的驱动器

海参启发,研究人员开发了一款超高速柔性驱动器

海参拥有凹凸不平的长条状躯体。它柔软的躯体在受到触碰后会迅速硬化,收缩或伸展程度可达数米。即使海参死亡,也能够通过吸水恢复原始形状。海参的可变胶原组织(MCT)赋予它根据环境情况硬化或软化的能力。在短短数秒钟内,其弹性模量可变化多达10次,以快速挤过缝隙,躲避捕食者;或迅速膨胀,吓退捕食者。海参通过控制体内的化学调节剂,破坏或重构胶原组织中的氢键,从而实现了这种软硬状态的切换。

techxplore.com网站当地时间8月18日报道,一个由韩国浦项工科大学Dong Sung Kim教授领导的团队受海参启发,开发出了一款性能远超传统柔性驱动器的自动操作驱动器,它由水驱动。相关研究成果刊登在《材料化学杂志A辑》中。

驱动器是一种刚性装置,主要根据电气信号的变化来改变物理状态。为了拓展驱动器的应用范围,工程师们设法开发了柔性驱动器。然而,现有柔性驱动器由于稳定性差、速度较慢等缺点,始终难以发挥更大的作用。

现在,Kim教授团队从海参的MCT中汲取灵感,设计了可编程调整的新型驱动器。驱动器的主要材料为PNIPAAm水凝胶,变化无比灵活。与传统的水驱柔性驱动器相比,在80摄氏度的水下,新型驱动器的驱动力提升了200倍(2牛顿),驱动速度加快了300倍(1/3秒)。此外,即便受到300%的拉伸应变影响,驱动器也能够恢复原始形状。

Kim教授说:“柔性机器人在潮湿环境中被激活,其灵活多变的形态很容易适应各种环境。新开发的水凝胶驱动器非常强大,即使在没有电的地方,只凭借化学能也能快速启动。”研究人员认为,这种驱动器在工业和生物医学领域都具有潜在应用价值。

科界原创

编译:德克斯特 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《材料化学杂志A辑》

期刊编号:2050-7488

原文链接:https://techxplore.com/news/2021-08-water-driven-soft-actuator.html

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