剑桥大学最新成果：用果冻和盐造软体机器人？可做传感器还能自愈

• 2022-03-06 12:48:43 来源：凤凰网

用果冻和盐就能造一个机器人？

看这QQ弹弹的样子，甚至想让人咬一口。

这是剑桥大学的最新成果——一种可生物降解的 3D 打印材料，用低成本弹性明胶材料和盐制成，可以感知应变、温度和湿度，可以“自愈”，还能用来造软体机器人！

把“果冻”打印到手套上，它能够感应关节的弯曲变化，“推断”出本体感应数据：

还能制成气动软体机器人，轻松控制机器人弯曲伸长，即使损坏了也能在1小时内自愈！

用果冻和盐制成的材料有多神奇？

这种“果冻”材料其实是一种明胶水凝胶，添加甘油、柠檬酸混合物，可防止水凝胶干燥而发生的玻璃化效应，并增加弹性。

想要让这种材料具有传感的能力，还需要“传感添加剂”——氯化钠（盐）的参与。

氯化钠可溶于充满水的水凝胶中，它为离子传导提供了一个均匀的通道——离子的运动，在施加应力后，应变的变化会导致高度线性的响应。

添加氯化钠后，“果冻”可以感应超过其原始长度三倍的拉伸，因此可以将材料整合到灵活和可拉伸的机器人设备中。

除此之外，“果冻”还具有自愈的能力，在水凝胶的三维亲水性结构中，含有多种亲水基团，可以键合大量的水，在受到外部影响时，能够在损伤区域产生流动相以填充裂纹。

早期的自我修复材料需要加热才能愈合，但剑桥大学开发的“果冻”材料可以在室温下愈合，并且愈合时间不超过1小时！

不仅如此，它还可以检测到何时受损，采取必要的措施来暂时治愈自己，然后恢复工作——所有这些都不需要人工干预。

基于水凝胶的“果冻”传感器首次用于气动制动器

“果冻”材料不仅成本低廉，并且易于制造，可以使用3D打印的方式成型。

研究人员将“果冻”直接印在丁腈手套的表面上，它可以作为一个传感器，感受五根手指的运动，每根手指都能返回单独的应变响应，从而能够推断出本体感受数据。

它也可用于成型复杂结构，例如具有多个腔室的气动软体执行器：

这是水凝胶首次用于制作这种复杂的气动执行器结构，研究人员对其进行了长达5个月的测试，发现即使在损坏之后，“果冻”也可以感应并给出内部状态的信息，并且快速治愈自己，而且在5个月内执行器的功能没有任何退化。

未来可用于人造皮肤或多种可穿戴设备中

该研究发表在NPG Asia Materials杂志上，论文题目为“Self-healing ionic gelatin/glycerol hydrogels for strain sensingapplications”。

将软传感技术结合到机器人技术中，可以改变机器人、触觉界面和可穿戴设备等应用。然而，大多数软传感技术并不耐用并且需要消耗大量能量。

剑桥大学的“果冻”传感器材料不仅能自愈，而且既便宜又易于制造，它比许多现有的替代品更可取，可长期使用不会干燥、固化，而且完全由广泛可用的食品安全材料制成。

“我们多年来一直在使用自愈材料，但现在我们正在寻找更快、更便宜的方法来制造自愈机器人，”论文的作者Thomas George-Thuruthel 博士说。

“果冻”材料目前只是一个概念验证，未来它可以被进一步开发，并应用于人造皮肤、仿生手臂和各种定制的可穿戴和可生物降解传感器中。

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