国立釜庆大学高分子工学专业Kim Daeseok教授团队,利用液晶弹性体(LCE,Liquid Crystal Elastomer)这一新型材料,开发出了可自主运动的软体机器人。


Kim教授与同系硕士研究生Kim Youngbin、宾夕法尼亚大学材料工程系Shuyang教授开展联合研究,使用具有反应性的高分子材料LCE制备成纤维结构,制作出了能够实现自主且持续运动的软体机器人。


软体机器人是指为了能够应用在人类生活密切相关的领域或危险环境中,而采用非金属的柔性材料制作的机器人。


可用于软体机器人的LCE,是一种对热、光、电磁场等外部刺激产生形状变形响应的智能材料,近年来在柔性材料基础驱动系统领域备受关注。


但其在刺激下发生的收缩—舒张过程需要数秒到数十秒,响应极为迟缓,且作为运动强度的输出也偏低,存在局限。


Kim教授研究团队以LCE制备纤维后,将多个纤维彼此连接,设计出了此前从未有过的新型几何连接结构——环形(loop)驱动器。


研究团队对该驱动器施加热刺激后,各纤维发生收缩与舒张的形状变形运动,并相互影响到相连的其他纤维,从而成功诱导出驱动器不断旋转的运动现象。研究团队将这一现象称为“snap-through”(快速弹跳变形)。

展示了由环形连接的液晶弹性体细丝结构实现自调节驱动的示意图。

展示了由环形连接的液晶弹性体细丝结构实现自调节驱动的示意图。

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与以往直接对LCE本体施加刺激的情况不同,这一驱动器在保持持续运动的同时,能够实现更快的响应速度和更高的输出,有望作为软体机器人等各类设备的驱动装置加以应用。


此外,该驱动器在较小热刺激下也能驱动,在存在热损失的环境中运行时,可实现节能。


Kim Daeseok教授表示:“在制造基于液晶弹性体的软体机器人时,虽然合成新材料固然重要,但本研究表明,仅通过对既有、已被充分研究的材料进行结构化设计和几何模型研究,也能够诱导出全新的物理现象,这一点具有重要意义。”


收录该研究成果的论文《Autonomous, untethered gait-like synchronization of lobed loops made from liquid crystal elastomer fibers via spontaneous snap-through》近期发表在国际学术期刊《Science Advances》(影响因子:14.98)上。





本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。

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