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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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[交流]
用化學(xué)蒸氣推機械爪抓放小球
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用化學(xué)蒸氣推機械爪抓放小球 沙特阿拉伯的科學(xué)家開發(fā)出了一種微型“抓球機”。當(dāng)暴露于化學(xué)蒸汽環(huán)境下時，它能撿起和放下一個彈珠大小的球。這種新技術(shù)可以使軟致動器（機器中使機器移動的部件）在不需要額外昂貴材料的情況下，執(zhí)行多種任務(wù)。相關(guān)研究近日發(fā)表于《化學(xué)》期刊。 現(xiàn)有的軟致動器只局限于一種類型的運動，但這種新型復(fù)合薄膜可以根據(jù)所接觸的蒸汽的不同，以不同的方式扭曲自身�！八梢愿鶕�(jù)分子相互作用而彎曲和拉伸，這在這個尺寸范圍內(nèi)是非常復(fù)雜的�！闭撐淖髡�、阿卜杜拉國王科技大學(xué)的化學(xué)教授Niveen M. Khashab說。 研究者希望將該發(fā)現(xiàn)用于開發(fā)能夠在各種環(huán)境中進行精確和適應(yīng)性運動的先進軟體機器人系統(tǒng)，如醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)自動化以及測量溫度、空氣質(zhì)量和濕度等方面。 為了測試該機器執(zhí)行多項任務(wù)的能力，研究者首先將其暴露在丙酮中，此時該裝置能抓住一個紅色棉球，并伸展把球扔進一個盒子里。當(dāng)團隊將機器暴露在乙醇蒸汽中時，它能抓住棉球并將其從盒子中取出。 與硬機器人中的剛性致動器不同（可能是由金屬或堅韌的塑料制成的），軟致動器是靈活的，使得它們能夠執(zhí)行一系列硬機器人無法執(zhí)行的任務(wù)。因此，軟致動器已成為精密農(nóng)業(yè)、深�？碧胶涂纱┐髟O(shè)備等尖端應(yīng)用的首選技術(shù)。 但軟致動器仍然是有限的——它們可以彎曲、扭曲或拉伸，但不能以多種方式移動，這使得它們無法執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)，而這些任務(wù)將使它們具有更廣泛的用途。雖然研究人員正努力使設(shè)備的運動范圍更大，但其中許多策略都涉及到不同材料的組合，這使得它們成本高昂、制造難度大，同時增加了機械故障的風(fēng)險。 為了克服這一挑戰(zhàn)，Khashab和同事們開發(fā)了一種由聚合物基質(zhì)制成的機械爪，這種聚合物基質(zhì)包含有機化合物尿素的分子籠。研究人員選擇尿素作為籠子，因為這種化合物可以形成多個氫鍵，當(dāng)尿素分子暴露在不同的蒸汽分子中時，它們可以快速重新配置。因此，可以精確控制材料的屬性，使其易于改變。 研究結(jié)果表明，通過控制蒸汽刺激的類型和濃度，相關(guān)材料可以“有效地編程，以實現(xiàn)復(fù)雜的運動”。 “這項研究最引人注目的發(fā)現(xiàn)是獨特的驅(qū)動行為，即軟驅(qū)動器執(zhí)行復(fù)雜的運動，包括彎曲、拉伸和恢復(fù)，在以前沒有報道過�！盞hashab說。 下一步，研究人員計劃研究機械爪的能量密度，以及轉(zhuǎn)換能量效率，從而提高其性能。Khashab說，他們還將測試當(dāng)軟驅(qū)動器與產(chǎn)生電荷的材料結(jié)合時產(chǎn)生電信號的能力，最終目標是開發(fā)柔性可穿戴電子設(shè)備。 研究者利用主客體化學(xué)工具在軟執(zhí)行器中實現(xiàn)復(fù)雜的機械運動。圖片來自作者 相關(guān)論文信息： https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.06.016 |
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