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《Science》子刊:光、热和磁联合控制的可重构高分子复合材料软体机器人
发布时间:2019-08-08 11:23:54 | 浏览次数:

原创: 高分子科学前沿 高分子科学前沿 今天


新性能、新设计、新材料的快速发展,软体机器人的应用领域得以迅速扩大,包括生物医学和外科手术工具、辅助医疗设备、组织工程以及航空航天等。形状记忆聚合物(SMP)的临时形状可以固定而不需连续的外部刺激,同时永久形状可编程,已成为制造软体机器人的重要材料。然而经典的单向SMP制造的软体机器人缺少重构性或可循环性。为了执行复杂的功能和在如体内和太空等远程环境中的应用,软体机器人要具有按顺序的和可编程的响应性。

北卡罗来纳州立大学Joseph B.Tracy在《Science Advances》报道了将商品化铁基磁性微米颗粒(MMP)包埋在单向热活化SMP(DiAPLEX)中,获得了可重构、远程制动的软体机器人。所制备聚氨酯复合薄膜同时对磁场和光作出反应。作者详细研究了制备的形状记忆悬梁臂、花、捕捉器对磁场和光热的响应行为以及抓取器抓取小物体的能力。

图1.含链状磁性粒子的形状记忆悬臂梁。(A)制动(B和C)含链状磁性粒子DiAPLEX悬臂薄膜的模拟。永磁体(∇H)和LED在左上方的面板中。(b)在一定位置和温度范围内模拟灯丝的等高线表示驱动程度(0,平坦;1,接触磁铁)。(c)模拟静止图像对应于沿(b)中所示的路径,距离磁铁2.3 cm,即与左边的实验


图2.形状记忆花的转动。在LED下逆时针旋转含有非链状磁性粒子的六片花瓣的DiAPLEX花(先对花瓣光热加热和软化,后在永磁体下提升)。打开和关闭LED可以加热和提起其他花瓣。


图3.磁卷。(A)IROGRAN卷轴的制动(移动磁铁靠近卷轴和来开卷轴)。(B)DiAPLEX卷轴的制动(靠近永磁体,LED照射)。关闭LED和移开磁铁,锁定打开的形状。移开磁铁,打开LED,卷轴闭锁。

图4.无偏和有偏的形状记忆捕捉器。(A)无偏捕捉器具有扁平的永久形状。打开LED会触发朝向磁铁的捕捉。(B)扣向LED的有偏的捕捉器的永久形状。(C)有偏捕捉器的模拟总结。其中等高线(以0.5%的间隔绘制)表示捕捉程度与温度以及与磁铁的距离的关系。(D)有偏捕捉器的模拟结果与实验观测结果有很好的相关性。




图5.形状记忆抓取器,抓取、运输和释放小物体。(A)蓝莓(~1.5g)(B)圣女果(~3.2g)。抓取器质量152mg。参考文献信息及文章官网链接Jessica A.-C. Liu, Jonathan H. Gillen, SumeetR. Mishra, Benjamin A. Evans, Joseph B. Tracy*;Photothermally and magneticallycontrolled reconfiguration of polymer composites forsoft robotics;Sci. Adv. 2019;5:eaaw2897文章官网链接:https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw2897/tab-pdf

来源:高分子科学前沿  编译:高利龙---完---


 
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