近日，合肥工業(yè)大學(xué)工業(yè)與裝備技術(shù)研究院常龍飛副研究員、胡穎研究員團隊，在前期光響應(yīng)自振蕩智能驅(qū)動器基礎(chǔ)上，聯(lián)合愛沙尼亞塔爾圖大學(xué)LMS實驗室，設(shè)計了一種具有光、電、熱、濕度等多刺激源響應(yīng)的柔性智能驅(qū)動/傳感材料，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了可自適應(yīng)趨光/背光運動的軟體機器人以及在太陽光照射下產(chǎn)生電能的光致發(fā)電裝置。該研究工作以“A Versatile Ionomer-based Soft Actuator with Multi-stimulus Responses, Self-Sustainable Locomotion, and Photoelectric conversion”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊上。

具有高靈敏的多刺激源響應(yīng)柔性智能材料和自主持續(xù)運動的軟驅(qū)動器，在柔性機器人、可穿戴設(shè)備、人機交互、人工智能等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值，是近年來材料科學(xué)及工程技術(shù)領(lǐng)域的前沿課題，也是一個極具挑戰(zhàn)的目標(biāo)。

該團隊利用全氟磺酸離子聚合物獨特的液固共存體系、納米質(zhì)量傳遞通道、高負(fù)熱膨脹和高吸濕敏感性，碳納米管（CNT）出色的光熱/電熱轉(zhuǎn)換效率和橋接效應(yīng)以及聚乙烯(PE)的各向異性大熱膨脹性能，設(shè)計制備了一種新的雙層結(jié)構(gòu)智能材料。該智能材料具有極高的溫濕度敏感性以及在光、電、熱、濕度等多種刺激源驅(qū)動下的優(yōu)異的多樣化變形行為，包括大彎曲和螺旋卷繞/開卷變形。進一步通過光-機械自反饋的結(jié)構(gòu)設(shè)計，研發(fā)了多種軟體機器人原型機，如具有自主運動能力（根據(jù)光照位置的不同來自我調(diào)節(jié)產(chǎn)生趨光運動和背光運動）和適應(yīng)不同地形或負(fù)載條件（能夠越障和攀爬）的軟體機器人，以及在自然太陽光下進行持續(xù)自震蕩運動、將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的光致變形摩擦納米發(fā)電機。

該工作中提出的柔性智能材料及相關(guān)的軟體機器人不僅具有多樣化的驅(qū)動/傳感行為、優(yōu)異的智能運動特性，還具有高穩(wěn)定性和可重復(fù)性，為后續(xù)的多功能柔性微型機器人以及新型能源器件的研究提供了基礎(chǔ)和實現(xiàn)的可能性。

上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金、CSC訪問學(xué)者獎學(xué)金、歐盟地平線2020研究和創(chuàng)新計劃等資助，常龍飛副研究員、碩士生王冬平為共同第一作者，愛沙尼亞塔爾圖大學(xué)LMS實驗室的Alvo Aabloo教授參與指導(dǎo)，胡穎研究員為通訊作者。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202212341?af=R

圖1:在光照射下具有自持續(xù)運動的輪式軟體機器人（趨光/背光運動及自適應(yīng)負(fù)載、越障行為）

圖2:CNT-Nafion/PE構(gòu)建的光照下可持續(xù)自振蕩軟體機器人、摩擦納米發(fā)電機以及將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的光致發(fā)電裝置

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