合成高分子凝胶有望制造“软机器人”

泰州立普特

匹兹堡斯旺森工程专业的研究人员设计了一种可利用内部产生的化学能实现形状转移和自我持续推进的合成高分子聚合物凝胶，并有望使用该种凝胶代替金属和合金来制造“软机器人”。
    通过开发新的计算模型，匹兹堡斯旺森工程专业的研究人员设计了一种可以利用内部产生的化学能实现形状转移和自我持续推进的合成聚合物凝胶。他们的研究：“设计可自身重构和自主运动的双官能凝胶”，由自然出版社发表在4月30日的科学杂志报刊上。
    “运动是一项基本的生物学行为，由人类最简单的细胞实现。它允许生物体寻找食物或逃离捕食。但合成材料通常不具有自发机械作用或存储、使用自身能量的能力，而这正是定向运动的要素。”鲍拉博士说。 “此外，在生物学中，定向运动涉及形状改变的某种形式，如肌肉的扩张和收缩。因此，我们提出是否可以在合成系统中模拟这些基本的互联功能，以便能同时改变 它的形状和动作。”
    “该BZ凝胶包含一种内在的化学反应，当提供试剂时，这种凝胶可以进行自我持续运动，”Kuksenok博士解释说。 “虽然研究人员在早期已经制备出SP和BZ功能化的聚合物链，但这是两者首次结合来探索“SP-BZ”凝胶见光时改变形状并移动的能力”。
    “我们还发现，如果在BZ凝胶的特定区域放置SP，并使该材料见光，我们就能创造新的自折叠行为类型”。这项研究的下一阶段是将凝胶中SP和BZ功能的模式与光模式相结合，来扩展聚合物的运动技能。
    “科学家们感兴趣的是设计仿生的耗散系统，他们用能量来执行功能，就像新陈代谢允许我们开展不同的功能一样，”她解释说。 “材料科学的下一个推动力是在合成材料中模拟这些内部代谢过程，并由此创造可吸收、转换能量并自主完成工作的人造材料，就像生物系统一样”。
    使用聚合物凝胶代替金属和合金来制造机器人的优势是，它大大降低了机器人的质量，提高了它的潜在运动范围，并允许更“优雅”的设备存在。
    “简单而言，为了使机器人能够以更仿生的方式自主移动，它越柔软湿软越好，”Kuksenok博士说。 “它有能力抓住并携带一些不被非弹、硬边所阻碍的东西。你会也喜欢它融入设计的能量源，不会将此看做额外的负担。SP-BZ凝胶正在那个方向指引我们。”
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