成果简介
刺激响应软致动器在与人体的安全交互和对动态环境的适应性方面表现出独特的优势，因此在多个领域引起了越来越多的关注。然而，对不受束缚的刺激响应软致动器的研究受到响应速度慢、不可逆变形或无法响应多种刺激的限制。
本文，浙江大学冯毅雄 教授、宋秀菊 研究员等在《Carbon》期刊发表名为“Biomimetic Soft Actuator: Rapid Response to Multiple Stimuli with Programmable Control”的论文，研究从荷叶的生长过程中汲取灵感，提出了一种由氧化石墨烯（GO）和聚乙烯（PE）组成的无系链软致动器的新设计，该致动器对水分、光、加热、冷却和可选挥发性有机化合物等多种刺激具有灵敏的响应，并能以较快的速度（高达 90.5°/s）表现出明显的形变。
致动器的高灵敏度使其能够利用日常生活中被忽视的能源提供动力，而不需要专门的能源，为软机器人技术的绿色和可持续发展铺平了道路。此外，致动器的弯曲模式和弯曲度可以通过编程来满足复杂三维结构的个性化需求。基于 GO/PE 执行器，我们开发了多种多刺激响应智能装置，展示了它们在艺术、仿生学、软体机器人和可穿戴设备方面的应用潜力，包括有趣的文字艺术、中国剪纸艺术作品、人造虹膜、软体爬行机器人和可调节透气性的智能布料装置。
图文导读
图1.受荷叶生长过程启发的刺激响应 GO/PE 双层致动器。
图2.软 GO/PE 双层致动器的制造、表征和驱动性能。
图3.GO/PE 执行器的驱动性能。
图4.致动器的可编程性及其在艺术中的潜在应用
图5.GO/PE 执行器的应用。
小结
受荷叶生长过程的启发，我们开发出了一种用途广泛的软致动器。PE 和 GO 的结合使致动器能够对各种刺激做出反应，包括湿度、高温、低温、光和挥发性有机化合物。高灵敏度使得致动器可以利用废弃能源而不是人工能源，这为软机器人的绿色和可持续发展带来了令人兴奋的机遇。与现有的各种刺激响应致动器相比，我们的 GO/PE 致动器表现出卓越的致动特性，包括快速响应（高达 90.5°/s）、对五种不同刺激的高灵敏度以及显著的可逆形变（最大可达 534.56°）。此外，只需改变切割方向与聚乙烯薄膜分子链取向之间的相对角度，就能对 GO/PE 致动器的弯曲模式进行编程。通过改变 GO 溶液的浓度，可以对 GO/PE 致动器的弯曲度进行编程。在 GO/PE 执行器的基础上，开发了多种多刺激响应智能装置，包括趣味字画、艺术人工兰花、中国剪纸艺术品、人工虹膜、软爬行机器人和透气性可调的智能布艺装置，展示了在艺术、仿生学、软机器人和可穿戴设备方面的应用潜力。所提出的简便而高效的策略可作为开发高性能刺激响应型软促动器的指南，其智能应用前景广阔。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119734
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