软机器人

Robots have an important role during inspection, clean-up, and sample collection in unstructured radiation environments inaccessible to humans. The advantages of soft robots, such as body morphing, high compliance, and energy absorption during impact, make them suitable for operating under extreme conditions. Despite their promise, the usefulness of soft robots under a radiation environment has yet to be assessed. In this work, we evaluate the effectiveness of soft robots fabricated from polydimethylsiloxane (PDMS), a common fabrication material, under radiation for the first time.

碳基材料凭借其热脱附或膨胀而被广泛用作光驱动的软驱动器。然而，在这种薄膜结构中施加被动层，极大地限制了驱动效率，如弯曲幅度和速度。本文研究了一种由氧化石墨烯( GO ) -聚多巴胺( PDA ) -金纳米粒子( Au NPs ) /聚二甲基硅氧烷( PDMS )双活性层增强的双层复合膜。在该薄膜中，传统的被动层被另一种AuNPs增强的热响应层所取代。在施加NIR光照射时，由于GO- PDA-Au NPs层失水和PDMS层热膨胀，导致整个薄膜变形可控。得益于双活性双层机制，与常规方法相比，薄膜的驱动效率大大提高。具体来说，弯曲振幅提高到173 %，驱动速度提高到3.5倍。该软作动器可作为高作动强度的人工臂，可作为无线夹持器。此外，该薄膜可以设计成具有各种运动模式的软机器人，包括直线、滚动和转向运动。所研制的复合膜为仿生软机器人技术和未来的应用提供了新的机会。

我们提出了一种采用复型成型和超声束团沉积( SCBD )相结合的方法来实现软离子凝胶/金纳米复合材料的三维大展弦比圆柱微结构的制备工艺。复制的离子胶柱(长径比\u003e 20 )随后通过SCBD金属化，将纳米结构金电极( 150 nm厚)集成到聚合物中。纳米复合薄膜具有较大的双电层电容( 24μF / cm2 )和适宜的离子电导率( 0.05 mS / cm )，可用于跨越网络的电荷传输。初步的驱动实验表明，该纳米复合材料能够对低强度电场( 2.5 ~ 5 V的外加电压)做出响应，有望用于开发受天然纤毛虫系统驱动的具有运动行为的人工智能微结构。

具有可调特性的材料，特别是动态可调刚度的材料，已经成为软体机器人领域的研究热点。下面介绍一种机械刚度和电导率可调的鲁棒三组分弹性体-颗粒-纤维复合系统的新设计理念。这些智能材料在电流供电时，能够快速、可逆地改变其机械刚度。本文所述复合体系的一种实现方式是由聚二甲基硅氧烷( PDMS )基体、Field's Metal ( FM )颗粒和镀镍碳纤维( NCCF )组成，表明该复合材料的机械刚度和电导率具有很高的可调谐性，且依赖于3种组分的体积分数和温度，可以利用有效介质理论进行合理估计。焦耳加热由于其优越的导电性，可以作为激活机制，在秒内实现≈20 ×机械刚度的变化。复合材料的性能具有热学和力学上的鲁棒性。这些复合材料的形状记忆效应也得到了证明。可调谐的机械和电学性能的结合使得这些复合材料有望成为软机器人传感和驱动应用的候选材料。

目前软体机器人主要依靠气动和几何不对称来实现运动，这限制了其工作范围、通用性和其他不可系留的功能。本文介绍了一种通过复合结构中刺激响应元件的亚表面刚度调制( SSM )，通过动态可调摩擦实现软机器人运动的新方法来应对这些挑战。为了证明这一点，我们设计并制备了一种由聚二甲基硅氧烷( PDMS )嵌入低熔点合金( LMPA )的螺旋通道的弹性体垫，当LMPA条在焦耳加热下熔化后，复合材料结构的柔顺性增加，复合材料表面与对面的摩擦力增加。通过一系列的实验和有限元分析( FEA )研究了这些复合摩擦垫的摩擦行为，阐明了控制可调谐摩擦的基础物理。我们还证明，当这些复合结构被适当地集成到由蠕虫和蚯蚓激发的软爬行机器人中时，这些机器人两端通过SSM产生的摩擦力的差异可能被用来为无绳爬行机器人产生平移运动。

目前软体机器人主要依靠气动和几何不对称来实现运动，这限制了其工作范围、通用性和其他不可系留的功能。本文介绍了一种通过复合结构中刺激响应元件的亚表面刚度调制( SSM )，通过动态可调摩擦实现软机器人运动的新方法来应对这些挑战。为了证明这一点，我们设计并制备了一种由聚二甲基硅氧烷( PDMS )嵌入低熔点合金( LMPA )的螺旋通道的弹性体垫，当LMPA条在焦耳加热下熔化后，复合材料结构的柔顺性增加，复合材料表面与对面的摩擦力增加。通过一系列的实验和有限元分析( FEA )研究了这些复合摩擦垫的摩擦行为，阐明了控制可调谐摩擦的基础物理。我们还证明，当这些复合结构被适当地集成到由蠕虫和蚯蚓激发的软爬行机器人中时，这些机器人两端通过SSM产生的摩擦力的差异可能被用来为无绳爬行机器人产生平移运动。