全球热门:“智能塑料”或带来更柔软灵活机器人

• 2022-10-15 05:55:03 来源：科技日报

【资料图】

科技日报实习记者 张佳欣

受树木、贝类等生物的启发，美国得州大学奥斯汀分校的研究人员首次创造出一种“智能塑料”。这种塑料利用光和催化剂改变同类分子的硬度和弹性等性质，使它们就像许多生命形式一样，有些地方又硬又坚固，有些地方又软又有弹性。这种材料的韧性是天然橡胶的10倍，有望带来更灵活的电子产品和机器人技术创新。这一成果发表在最新一期《科学》杂志上。

带图案的样品在单轴张力下被拉伸和松弛。如所见（左）和交叉偏振器（右）之间的样品记录（视频截图），使聚合物链排列可视化。黑暗、不透明的斑点是已经硬化的区域。图片来源：美国德州大学奥斯汀分校

该论文通讯作者、化学助理教授撒迦利亚·佩奇说：“这是这类材料中的第一个。”通过光的应用来控制结晶，从而控制材料的物理性质，这种能力对柔性机器人中的可穿戴电子设备或执行器来说是潜在的变革。

长期以来，科学家们一直试图用合成材料来模拟皮肤和肌肉等生物结构的特性。当混合使用不同的合成材料来模拟生命有机体的强度、灵活性等属性时，不同材料之间的连接处经常会分离并撕裂。

此次，研究人员从单体开始，这是一种小分子，与其他类似的分子结合在一起，形成被称为聚合物的较大结构，这种聚合物类似于最常用的塑料中的聚合物。在测试了十几种催化剂后，研究人员发现了一种催化剂，当添加到他们的单体中并用可见光照射时，就会产生一种与现有合成橡胶中发现的聚合物类似的半结晶聚合物。在光线接触的区域形成了更坚硬的材料，而未照射的区域保持着柔软、有弹性的特性。

由于这种物质是由一种材料制成的，拥有不同的机械性质，因此它比大多数混合材料更坚固，还可以拉伸得更长。

该反应在室温下进行，只需不到1小时。单体和催化剂都是市面上可买到的。实验中，研究人员使用了廉价的蓝色LED作为光源，该过程快速、成本低、节能且对环境无害。

研究人员下一步将寻求用这种材料开发更多的物体，以继续测试其可用性。该团队设想，这种坚固而灵活的材料可将电子元件固定在医疗设备或可穿戴设备中。在机器人技术中，同样也需要这种材料来提高移动性和耐用性。

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