这个海星机器人可以像真正的海星一样变形和自愈

新材料科技 2022-01-04

机器人海星

738 字丨阅读本文需 2 分钟

自然伪装是大自然最有趣的特征之一。材料科学家现在已经开发出一种可以模仿海洋软体动物的伪装能力的材料。他们创造了一种海星形的软体机器人,它对热和压力的反应是变形、移动和颜色变化。他们在《Angewandte Chemie》杂志上写道,被切断的触手可以被焊接在一起,而且这种材料可以被完全回收。

八爪鱼、水母和海星能够进行自然伪装,也就是说,它们能够迅速改变自己的颜色或形状以配合背景。由中国东南大学的Quan Li领导的一个研究小组现在已经创造了一种可以模仿这种特征的软性材料。作为一种基础材料,他们选择了一种在不同温度下改变相位的液晶弹性体。当加热时,弹性体的定向液晶分子会失去排序,导致材料部分收缩。

研究人员利用这种收缩效应,使软体机器人能够 "爬行"。为此,他们将聚合物材料塑造成海星的形状,并在其中一个触角的底部添加了一种红外敏感染料。当被近红外辐照产生的光热效应加热时,这个修改过的部位就会收缩,而当冷却时就会膨胀。由于只有一只手臂接受光刺激,海星机器人在表面上慢慢移动,像毛毛虫一样被收缩-膨胀的触手推动。

海星软体机器人能够改变其颜色。研究人员在材料中集成了一种交联剂--连接聚合物链的分子染料。然而,这里使用的动态共价交联系统被制成容易断裂。在加热和加压的过程中,其分子部分分离,以前的淡黄色染料分子变成了红色,类似于海星的自然伪装效果。

最后,海星机器人还展示了自我修复甚至是回收的品质。当研究人员切断一个触角时,在部件再次被加热后,它就无缝地愈合了。当整个机器人被切成碎片时也发生了同样的事情。再次将其塑造成海星形状,研究人员重新获得了一个新的、柔软的机器人,其属性完好无损。

据作者说,这种多重适应能力的关键是交联染料分子的整合,即四芳基琥珀腈,它可以同时执行几种功能。它充当了一个吸光的色基,并为弹性网络提供了动态的共价键。作者建议将这种具有热和机械变色特性(因热和压力而改变颜色)的仿生物软材料用于仿生物机器人、传感器和人工伪装。

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