Adv. Mater.：集成感官和移动能力的体感光驱动机器人学术资讯

来源：X一MOL资讯

随着各种刺激响应性软物质材料的不断出现，软体智能机器人领域也得到快速发展。诸如温敏性、光敏性、磁控性等智能材料种类及材料多重响应性功能的丰富，使得人们对于仿生有机生命体进行软体机器人复杂运动模式的探索成为可能。由软物质材料构成的软体机器人具有媲美有机体肌肉组织的柔性和韧性，极具应用开发前景。但是，目前软体机器人在自我感知、智能驱动等方面缺乏足够的集成，阻碍了进一步发展。
近日，新加坡国立大学Ghim Wei Ho教授研究团队报道了一种基于智能光响应性薄膜复合材料的高度集成化体感光驱动机器人（somatosensory light-driven robots, SLiRs）。新型的复合材料薄膜集成了压阻式应变传感器、热电响应传感器以及光致动器，同时能够不受干扰的感知并输出其体温并实现形态变化。借助简便的剪纸技术，可实现可变形、可移动、多功能的微型化（尺寸可小至cm级）机器人的简便、快速构筑。

高度集成化软体机器人结构及实物展示。图片来源：Adv. Mater.
该研究中，SLiRs的复合多层薄膜体系由铁电体聚偏氟乙烯（PVDF）、光热聚多巴胺还原氧化石墨烯（PDG）以及中间层导电性石墨-碳纳米管复合材料（graphite-CNT）构成。具有相反热膨胀系数PDG与PVDF层构成的双压电晶片致动器，PDG的光热效应使得SLiRs体系兼具光响应性、热响应性。研究人员对SLiR复合膜（50×10 mm）在不同基底表面的光热和机械驱动性能进行了系统测试。可见光（100 mW cm-2）辐照条件下，复合膜在钢化玻璃、印刷纸、砂纸表面的致动形变（ΔL/L0）分别为0.490、0.472和0.443。

SLiR复合膜光诱导形变测试及温度反馈。图片来源：Adv. Mater.
同时，该SLiR体系致动器件具有自适应运动和自主信息反馈能力；在重复脉冲激光刺激下器件能实现连续稳定的前进运动，并且实时输出自身弯曲伸展、步幅、行进路线被阻挡等各种行走步态信号。此外，基于SLiR机器人在不同基底表面行走反馈的时间-电阻变化信息，可推断多种基底的表面相对粗糙度信息。

SLiR机器人致动动作实时监测以及基底表面相对粗糙度分析。图片来源：Adv. Mater.
进一步采用剪纸技术，可实现具有不同复杂三维结构致动器件的大面积制备以及高可拉伸致动器件的简便制备。仿人手指致动器件则能够分别独立的记录、反馈每根手指的运动信息，手指触碰物体的温度变化也可通过热电电压变化实时反馈；同时基于手指触碰不同物体反馈电阻的变化可推断物体的相对软硬程度，体现器件一定的自我感知能力。

拟人手致动器件模型及信号反馈性能。图片来源：Adv. Mater.
结合近场通讯（NFC）技术，研究团队实现了无线蜈蚣模型器件的构筑。该机器“蜈蚣”能够在外界刺激下实现向前爬行、转身等运动指令，并且其触角能够敏感的感应光照强度、风速以及人触碰等信号。

无线蜈蚣模型致动器件自我感知及运动性能测试。图片来源：Adv. Mater.
总结
软体机器人的技术发展始终以实际应用为目的。该研究通过合理设计复合薄膜体系的功能材质种类及优化器件结构，实现了高度集成化软体致动器件的简便构筑。该SLiR复合膜致动器件不仅具有优异的无接触光诱导致动性能，而且能够自我感知、自我反馈运动信息，在实际人体生理监测、微型智能致动器件等应用测试方面也展现出了卓越的实用性。

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