10月10日訊 近日，工業(yè)與裝備技術(shù)研究院胡穎研究員、劉家琴副研究員，外圍買球app十大平臺(tái)吳玉程教授科研團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所陳韋研究員合作，成功研發(fā)了一種可在低電壓以及太陽光照射下產(chǎn)生大變形的新型碳納米管柔性薄膜智能驅(qū)動(dòng)器，并模擬人類“彈指”的手部動(dòng)作，設(shè)計(jì)研發(fā)了在外部光照刺激下產(chǎn)生跳躍運(yùn)動(dòng)的柔性“機(jī)器人”。 該成果以《基于卷曲碳納米管雙層復(fù)合薄膜的電/光驅(qū)動(dòng)器及其仿生運(yùn)動(dòng)研究》為題被選為背封面論文發(fā)表在國際重要學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)功能材料》（Adv. Funct. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adfm.201704388, 影響因子12.124）。
柔性智能驅(qū)動(dòng)器可將光、電、熱、濕度等外部能量直接轉(zhuǎn)化為器件本身的機(jī)械變形，而無需通過繁瑣的能量轉(zhuǎn)化裝置，因而吸引了科學(xué)家們廣泛研究興趣。對(duì)于目前研究較廣的雙層結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器而言，雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)包括彎曲、扭曲在內(nèi)的多種變形形式，其應(yīng)用研究也已擴(kuò)展到仿生機(jī)械手、爬行機(jī)器人等仿生領(lǐng)域。但簡單結(jié)構(gòu)、快速大變形、多刺激源響應(yīng)、以及能對(duì)飛行、跳躍等復(fù)雜生物運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬的柔性驅(qū)動(dòng)器的研究仍面臨挑戰(zhàn)。
該課題組設(shè)計(jì)制備了一種具有卷曲形狀的碳納米管/聚合物雙層薄膜驅(qū)動(dòng)器，可在低電壓以及光照射下產(chǎn)生從管狀到平直形狀的快速大變形，并且在電信號(hào)或者光照撤除后恢復(fù)到原始卷曲形狀。通過形狀設(shè)計(jì)，科研人員將該驅(qū)動(dòng)器的兩端部分重合來模擬“彈指”中拇指與中指的相互接觸，從而構(gòu)筑了光驅(qū)動(dòng)跳躍“機(jī)器人”。該機(jī)器人在光照下兩個(gè)端部的選擇性非對(duì)稱變形導(dǎo)致彈性勢(shì)能在其之間的積累以及瞬間釋放，從而產(chǎn)生跳躍運(yùn)動(dòng)，其跳躍高度可達(dá)到自身高度的5倍以上，并伴隨空中翻滾動(dòng)作。通過改變?nèi)肷涔夥较?，該機(jī)器人還可產(chǎn)生類似于不倒翁的周期性搖擺運(yùn)動(dòng)。
據(jù)介紹，跳躍運(yùn)動(dòng)涉及到能量的存儲(chǔ)以及瞬間釋放。傳統(tǒng)跳躍機(jī)器人需要通過彈簧、齒輪等一系列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來積累、存儲(chǔ)和快速釋放能量從而實(shí)現(xiàn)跳躍運(yùn)動(dòng)。而通過柔性仿生智能驅(qū)動(dòng)材料器件模擬“彈指”這一日常行為，為實(shí)現(xiàn)跳躍運(yùn)動(dòng)提供了一種全新的方式，在智能仿生、柔性傳感等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。目前，課題組以該驅(qū)動(dòng)器為基礎(chǔ)，進(jìn)一步研發(fā)了光驅(qū)動(dòng)/電驅(qū)動(dòng)爬行機(jī)器人、抓取物體的仿生機(jī)械手以及能在太陽光照射下綻開的仿生花朵等系列智能器件。
該工作得到國家自然科學(xué)基金、十大正規(guī)外圍平臺(tái)排名優(yōu)秀青年培育A計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。研究成果已申請(qǐng)發(fā)明專利。團(tuán)隊(duì)成員已與中國科學(xué)院、西安交通大學(xué)等相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)在柔性智能驅(qū)動(dòng)材料器件領(lǐng)域開展了密切交流與廣泛合作。
