自修复材料:柔性机器人的应用

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图片展示了两种3D柔性可弯曲的骨架。“1”:表面有蜡涂层,保持一种刚性弯曲的状态。“2”:表面没有蜡涂层,随着外力变化(用力扭动之后它会被破坏)。

在这项研究中,科研人员研究了一系列的新型材料来实现柔性机器人:外面覆盖蜡的多胞固体。因为传统的机器人系统是使用分立刚性组件的,而这些刚性的组件限制了机器人的活动范围以及适应复杂环境的能力,所以最近工程师们着力于研发带有可连续形变的器件来拓展现存系统的能力。

 外面覆盖蜡的多胞固体有可能实现这一目标,因为它们同时拥有刚性、可超负荷、可变和可调的性质。往往通过加热的方法调节蜡的状态来获得这些性质,而多胞固体(比如开孔聚氨酯泡沫)充当骨架。对于柔性机器人等方面应用,这种组合有着很多特性:实现大体积与大形变的能力,因此即使经受很大的形变依然可以恢复到最初的形状(由于局部构造的可逆性);自我修复的能力可以实现多样的循环利用(比如破裂的蜡可以通过加热使它变软从而自我修复);所用到的基本组件价格低廉、市场上可以买到。

 当前所得到的实验结果是由麻省理工、帝国机械公司、普朗克动力学和自组织学院以及石溪大学的研究者们完成的。他们着眼于由两种多胞固体组合的复合材料:商业化的聚氨酯泡沫塑料和内部中空的三维晶体。尽管前者由于比较容易获得对于应用更加实际,但是后者却被研究的更加详细,因为他们有更多可控制备样品的方法来用于研究。在研究中测得的复合材料的机械性能和新模型比较从而预测复合材料实际作用。

原文:Self-healing materials for soft robotic applications

翻译:许凯