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东南大学生物电子学国家重点实验室研发基于液态金属磁性印刷的软机器人致动器

【导读】：

柔性薄膜印刷电子致动器：液态金属驱动激活热响应液晶弹性体，实现在压力下卷曲或在拉伸时膨胀运动。

动植物可以对环境的变化做出快速反应，例如金星捕蝇器在苍蝇触碰时会突然关闭。但是，在软机器人中复制类似动作需要复杂的机械和传感器。

具有感知能力的软执行器对于机器人与人类和环境进行智能交互至关重要。然而，现有的可感知的软致动器需要复杂的集成和离散功能单元之间的耦合以实现自治。

现在，东南大学生物科学与医学工程学院生物电子学国家重点实验室研究人员在ACS Applied Materials＆Interfaces（"具有可实现智能的可感知软致动器的液态金属的磁性印刷"）中进行了报道，他们已经将液态金属电路印刷到了一块柔软的聚合物上，从而创建了一种在压力或机械应变下卷曲的智能材料。

理想情况下，软机器人可以模仿自然界中的智能和自主行为，将感应和受控运动结合起来。但是，传感器和响应的运动部件的集成可能很笨拙，或者需要一台外部计算机。

需要一种能够响应环境刺激（例如机械压力或拉伸）的单单元设计。液态金属可能是解决方案，一些研究人员已经研究了它们在软机器人中的使用。

这些材料可用于在柔软的材料中形成薄而柔软的电路，并且当从电源或施加于电路的压力产生电流时，电路可快速产生热量。当软电路伸展时，电流下降，从而冷却了材料。

为了制造出能够自主智能运动的软机器人，赵超，刘宏及其同事希望将液态金属电路与液晶弹性体（LCE）集成在一起，液晶弹性体在加热或冷却时会发生形状变化。

研究人员在LCE上应用了注入镍的镓铟合金，并将液态金属磁化成线以形成不间断的电路。加热后，硅酮密封胶从粉红色变为深红色，可以保护电路并固定在适当的位置。响应电流，柔软的材料会随着温度的升高而卷曲，并且薄膜会随着时间的流逝而变红。

磁性印刷传感器质量优于传统刮刀涂布方式

示意图显示LM--LCE执行器印刷电子制造过程-。LCE膜用胶带保护，然后用刮刀保护涂覆有机硅前体。硅酮的厚度由厚度与 LCE。撕下胶带并固化后硅胶，进行LM的磁性印刷。最后，薄膜是从基材上取下并切成所需的形状。注意水--易溶聚乙烯醇被涂在基材上确保容易拆卸。

该团队使用该材料开发了自主式抓爪，该抓爪可感知并响应施加在回路上的压力或拉伸。夹持器可以拾取小的圆形物体，然后在释放压力或拉伸材料时将其掉落。

最后，研究人员将胶片制成螺旋形。当在螺旋形底部施加压力时，随着螺旋形温度的升高，它以旋转运动展开。

研究人员说，这些压力敏感和拉伸敏感的材料可以适用于执行复杂任务或运动的软机器人。

总结：

报告了在单个单元水平上实现感测，致动和控制的完全软致动器。这是通过协同利用液态金属（LM）的机械传感和电热特性来激活热响应液晶弹性体（LCE）来实现的。使用基于磁性印刷的简单便捷的方法在LCE表面上创建多功能LM电路。LM射流回路不仅可以用作合适的电阻加热器，还可以用作感知其自身变形的感觉皮肤。而且，LM电路的合理设计使得响应机械刺激（例如压力或应变）实现仿生自主致动成为可能。

此外，LM的固有可拉伸性使能够创建类似于弹簧的3D执行器通过简单的预拉伸步骤，可以在机械刺激下获得复杂的螺旋运动。这项工作为具有体现智能的自主软机器人提供了独特而简单的设计。