通过马特·希普曼 , 北卡罗来纳州立大学
北卡罗来纳州立大学的研究人员展示了微型软液压执行器，可用于控制厚度不到一毫米的软机器人的变形和运动。研究人员还证明，这项技术适用于形状记忆材料，允许用户反复将软机器人锁定为所需的形状，并根据需要返回到原始形状。
“软机器人技术在许多应用中都有前景，但设计小规模驱动软机器人运动的执行器具有挑战性，”该工作论文的通讯作者、机械和航空航天副教授杰尹说。北卡罗来纳州立大学的工程学。
“我们的方法利用商用多材料 3D 打印技术和形状记忆聚合物来创建微尺度的软执行器，使我们能够控制非常小的软机器人，从而实现卓越的控制和精细度。”
这项新技术依赖于创建由两层组成的软机器人。第一层是一种柔性聚合物，使用 3D 打印技术创建，并包含微流体通道图案——本质上是穿过材料的非常小的管道。第二层是柔性形状记忆聚合物。总体而言，软体机器人的厚度仅为 0.8 毫米。
通过将流体泵入微流体通道，用户产生液压，迫使软机器人移动并改变形状。微流体通道的模式控制着软体机器人的运动和形状变化——无论是弯曲、扭曲还是其他。此外，引入的流体量以及引入的速度控制软体机器人移动的速度以及软体机器人施加的力的大小。
如果用户希望“冻结”软体机器人的形状，他们可以施加适度的热量（64°C 或 147°F），然后让机器人短暂冷却。即使微流体通道中的液体被泵出，这也可以防止软机器人恢复到原来的形状。如果用户想让软体机器人恢复到原来的形状，只需在抽出液体后再次加热，机器人就会放松到原来的形状。
“这里的一个关键因素是微调形状记忆层相对于包含微流体通道的层的厚度，”该论文的共同主要作者、前博士生 Yinding Chi 说。北卡罗来纳州立大学的学生。 “形状记忆层需要足够薄，以便在执行器施加压力时能够弯曲，但又需要足够厚，即使在压力消除后，软机器人也能保持其形状。”
为了演示这项技术，研究人员创造了一种软体机器人“抓手”，能够拾取小物体。研究人员施加液压，使夹具夹紧物体。通过施加热量，研究人员能够将夹具固定在“关闭”位置，即使在释放液压执行器的压力后也是如此。
然后，夹具可以被移动——将其所夹持的物体运输到一个新的位置。然后研究人员再次施加热量，使夹具释放其拾取的物体。
更多信息： Haitao Qing 等人，具有形状记忆效应的全 3D 打印微型软液压执行器，用于变形和操纵， 先进材料 （2024）。 DOI：10.1002/adma.202402517
期刊信息： 先进材料
由...提供 北卡罗来纳州立大学
