寧波材料所在魚鰾啟發的水下自感知軟體驅動器研究中獲進展

2020-12-09 光明網

基於中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員陳濤課題組在柔性傳感器和軟碟機動器方面的研究基礎（Adv. Mater. 2020，2004290；Nat. Commun. 2020，11，4359；Angew. Chem. Int. Ed. 2019，58，16243；J. Mater. Chem. A 2019，7，26631；ACS Nano 2019，13，4368；Nano Energy 2019，59，422；Adv. Funct. Mater. 2018，28，1704568；Chem. Mater. 2018，30，4343；J. Mater. Chem. C 2018， 6，5140；J. Mater. Chem. C 2018，6，6666等），並受到小丑魚魚鰾同時具有感知和變形驅動功能的啟發，研究人員開發出一種水下自感知的軟碟機動器。

該研究通過在水/空界面製備超薄的聚二甲基矽氧烷（PDMS）和PDMS/碳納米管（CNTs）Janus膜，由於其良好的自適性和粘性，通過將上述薄膜無縫轉移集成為一個三明治複合膜，以模仿魚鰾膜。以可拉伸的彈性PDMS基體模仿魚鰾的充氣/放氣變形行為，用導電CNTs網絡薄膜模仿魚鰾具有類似皮膚神經網絡的感知功能。由於複合薄膜良好的彈性、自適性和保形性，它可以進一步轉移至一個中空的模型上以形成自封閉的人工魚鰾。外界氣壓變化會引起複合膜發生膨脹或凹陷變形。根據壓阻傳感機理，複合薄膜的這種形變會引起碳納米管導電網絡間接觸電阻的變化，從而實現對變形行為的實時監測。當將整個系統置於水中時，可以用膜的膨脹和凹陷行為模仿魚鰾的充氣/放氣行為，通過調節外界氣壓可實現對整個系統在水中上下運動行為的精確控制，同時其運動過程也可通過電信號進行實時監測。此外，還能實現對外界信號的監測感知，並根據感知信號執行氣動驅動行為。因此，該研究將傳感和驅動功能集成到一個三明治複合膜中，實現了協同仿生行為，在智能集成軟機器人方面展示出潛力。

相關研究成果以Biomimetic Underwater Self-Perceptive Actuating Soft System Based on Highly Compliant, Morphable and Conductive Sandwiched Thin Films為題，發表在Nano Energy上。研究工作得到國家自然科學基金、中科院前沿科學重點研究項目、中科院國際合作局、博士後創新人才支持計劃、中國博士後科學基金和寧波市科技創新2025重大專項等項目的支持。

來源： 寧波材料技術與工程研究所

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