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東華大學(xué)李克睿研究員與美國馬里蘭大學(xué)Chen Po-Yen教授合作AFM: 兼具紅外動(dòng)態(tài)偽裝與環(huán)境感知的MXene軟體機(jī)器人皮膚
2022-03-23  來源:化學(xué)與材料科學(xué)

  軟體機(jī)器人兼具卓越的變形能力和優(yōu)越的界面適應(yīng)性,在近些年引起了廣泛關(guān)注。然而,常用軟材料(如水凝膠、彈性體)表現(xiàn)出有限的光學(xué)、電學(xué)和熱性能嚴(yán)重限制了軟體機(jī)器人的多功能集成(如刺激響應(yīng)、環(huán)境感知、信息傳遞),導(dǎo)致其難以執(zhí)行復(fù)雜的類人任務(wù)。


1. 頭足類動(dòng)物啟發(fā)的可環(huán)境傳感的紅外偽裝軟體機(jī)器人皮膚


  近期,東華大學(xué)李克睿研究員聯(lián)合馬里蘭大學(xué)Chen Po-Yen教授,受海洋中頭足類動(dòng)物皮膚功能的啟發(fā)(圖1,耦合應(yīng)變工程策略與低維Ti3C2Tx MXene材料獨(dú)特的光電特性,通過MXene折皺結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑與尺寸控制,開發(fā)了可拉伸、可紅外偽裝、可環(huán)境傳感的軟體機(jī)器人皮膚MXene折皺紋理在可逆應(yīng)變下表現(xiàn)出可控的紅外吸收,賦予了仿生軟體機(jī)器人皮膚可調(diào)諧的紅外發(fā)射,實(shí)現(xiàn)了軟機(jī)器人的動(dòng)態(tài)熱偽裝(圖2);結(jié)合介電彈性體致動(dòng)器的使用,完成了MXene紅外偽裝陣列的構(gòu)筑,模仿了類頭足動(dòng)物皮膚表面分散的色素細(xì)胞(圖3。得益于固有的熱電效應(yīng)、壓阻效應(yīng)和高電導(dǎo)率,仿生機(jī)器人皮膚還分別具有熱傳感、應(yīng)變傳感無線微波通信能力(圖4),良好地模擬了頭足類動(dòng)物皮膚的多重功能。最后,通過簡便、可放大的刷涂工藝,MXene皮膚被完美的裝配在軟體爬行機(jī)器人表面,兩個(gè)穿著MXene皮膚的軟體爬行機(jī)器人(All-in-One”機(jī)器人)展示了自適應(yīng)熱偽裝能力,能夠在熱成像攝像頭的檢測下主動(dòng)隱藏自己(圖5。


 

2. 基于MXene微折皺結(jié)構(gòu)的紅外發(fā)射可調(diào)的軟體機(jī)器人皮膚


 

Figure 3. 頭足類動(dòng)物啟發(fā)的基于介電彈性體致動(dòng)器的紅外熱偽裝陣列


 

Figure 4. 具有熱/應(yīng)變傳感以及無線傳輸功能的MXene軟體機(jī)器人皮膚


 

Figure 5. “All-in-one”軟體機(jī)器人展現(xiàn)出實(shí)時(shí)的爬行與環(huán)境溫度檢測以及無線通訊能力


  該研究成果以Thermal Camouflaging MXene Robotic Skin with Bio-Inspired Stimulus Sensation and Wireless Communication為題發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Advanced Functional Materials,該工作是合作團(tuán)隊(duì)在微/納多級折皺構(gòu)筑與調(diào)控領(lǐng)域的又一發(fā)展方向(Advanced Energy Materials 2019, 9, 1901687; ACS Nano 2019, 14, 11860; Nano Energy 74, 2020, 104875; Matter 2020, 3, 2160; Advanced Energy Materials 2021, 11, 2101494; Nature Machine Intelligence 2022, 4, 89。東華大學(xué)李克睿研究員為論文第一/通訊作者,美國馬里蘭大學(xué)Chen Po-Yen教授為共同通訊作者,新加坡國立大學(xué)的李志鵬熊澤博士為論文共同第一作者


  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202110534

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