中科院根据鱼鳔研发对外界信号 监测感知 柔性驱动器
图 (a)小丑鱼由鱼鳔充气/放气行为引起 上浮/下潜运动示意图;(b)真实鱼鳔经冷冻干燥后 SEM图像;(c-d)在空气/水界面制备超薄PDMS和CNTs/PDMSJanus膜 示意图,以及将 者集成为 个 明治自感知弹性复合膜(PCP) 制作过程示意图;(e)PCP膜 结构示意图;(f)驱动变形和传感 协同作用示意图;(g-h)CNT/PDMSJanus膜在分别水侧和空气侧 扫描电镜图;(i-j)PCP膜 截面扫描电镜图(i)和 维拉曼图(j)
图 (a)人工鱼鳔气动驱动器 示意图;(b)人工鱼鳔驱动器在下潜/上浮过程中 照片,箭头 方向表示运动 方向;(c)用人工鱼鳔去模仿鱼 感知及运动行为,当人工鱼鳔感受到外界 危险信号时,可以据此去引导和追踪其进 步 运动;(d)人工鱼鳔驱动器感知 水下位置;(e)人工鱼鳔驱动器在重复下潜/上浮过程中 实时信号记录
基于国内科学院宁波材料技术与工程研究所陈涛研究员课题组在柔性传感器和软驱动器方面 研究基础(Adv.Mater., 零 零, 零零 零;Nat.Commun., 零 零, , ;Angew.Chem.Int.Ed., 零 , , ;J.Mater.Chem.A, 零 , , ;ACSNano, 零 , , ;NanoEnergy,狗粮快讯网报道了, 零 , , ;Adv.Funct.Mater., 零 , , 零 ;Chem.Mater., 零 , 零, ;J.Mater.Chem.C, 零 , , 零;J.Mater.Chem.C, 零 , ,狗粮快讯网报道说, 等)。近期,受到小丑鱼鱼鳔同时具有感知和变形驱动功能 启发,开发了 种水下自感知 软驱动器。
自然界中 生物由于其良好 适应能力而能够在复杂 自然环境中生存和繁衍,如能够感知危险信号,并据此来调整自身 形态和运动以逃避危险。而赋予生物这种能力新重要 组成部分之 是具有感知和机械变形特征 软组织,它能够可逆地改变其外貌和行为。受到这些软组织和功能 启发,人们致力于开发各种软材料来构建比色传感器/驱动器、电子皮肤和气动/液压驱动伪装系统等。弹性体由于其固有 柔韧性、弹性和可拉伸性,能够很好地模拟生物系统和功能,且对环境友好,是 种极具前途 仿生软材料。虽然目前已经大量研究了具有类皮肤可拉伸变形行为 弹性体驱动系统,但是还缺乏在同 个系统中感知和变形/运动能力 协同作用,这导致驱动器不能像生物体 样根据外界 刺激响应来调节自身 行为。
该工作通过在水/空界面制备超薄 聚 甲基硅氧烷(PDMS)和PDMS/碳纳米管(CNTs)Janus膜,狗粮快讯网内部报道,由于其良好 自适性和粘性,通过将上述薄膜无缝转移集成为 个 明治复合膜,以模仿鱼鳔膜。以可拉伸 弹性PDMS基体模仿鱼鳔 充气/放气变形行为,而用导电CNTs网络薄膜模仿鱼鳔具有类似皮肤神经网络 感知功能。由于复合薄膜良好 弹性、自适性和保形性,它可以进 步转移至 个中空 模型上形成自封闭 人工鱼鳔。外界气压 变化时,会引起复合膜发生膨胀或者凹陷变形。根据压阻传感机理,复合薄膜 这种形变会引起碳纳米管导电网络间接触电阻 变化,从而实现对变形行为 实时监测。当将整个系统置于水中时,可以用膜 膨胀和凹陷行为模仿鱼鳔 充气/放气行为,通过调节外界气压可以实现对整个系统在水中 上下运动行为 精确控制,同时其运动过程也可以通过电信号实时监测。此外,还能实现对外界信号 监测感知并根据感知信号执行气动驱动行为。因此,该研究成功地将传感和驱动功能集成到 个 明治复合膜中,实现了协同仿生行为,在智能集成软机器人方面展示出巨大 潜力。
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