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一種適用于柔性軟機(jī)器人的新型金屬材料

（文章來源：教育新聞網(wǎng)） “折紙機(jī)器人”是最先進(jìn)的軟，柔性機(jī)器人，已經(jīng)過測(cè)試，可用于各種應(yīng)用，包括人體藥物輸送，災(zāi)難環(huán)境中的搜索和救援任務(wù)以及類人機(jī)器人手臂。因?yàn)檫@些機(jī)器人需要靈活，所以它們通常由柔軟的材料制成，例如紙，塑料和橡膠。為了發(fā)揮功能，通常會(huì)在頂部添加傳感器和電氣組件，但這會(huì)增加設(shè)備的體積。現(xiàn)在，一個(gè)由NUS研究人員組成的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新穎的方法來創(chuàng)建一種用于這些軟機(jī)器人的新型金屬基材料。這種新材料將鉑等金屬與燒紙(灰燼)結(jié)合在一起，具有增強(qiáng)的功能，同時(shí)又保持了傳統(tǒng)紙和塑料的可折疊性和輕便性。實(shí)際上，新材料的重量是紙的一半，這也使其具有更高的功率效率。這些特性使這種材料成為制造柔韌而輕巧的假肢的強(qiáng)有力的候選者，該假肢的重量比傳統(tǒng)假肢輕60%。這樣的假肢可以提供實(shí)時(shí)的應(yīng)變感測(cè)，以反饋有關(guān)其彎曲程度的信息，從而為用戶提供更好的控制和即時(shí)信息-無需外部傳感器，否則將給假肢增加不必要的重量。這種輕巧的金屬骨架比用于制造折紙機(jī)器人的傳統(tǒng)材料輕至少三倍。它還具有更高的能源效率，使折紙機(jī)器人能夠以比原來少30%的能源來更快地工作。此外，這種新型材料具有耐火性，使其能夠在大約800°C的高溫下燃燒長達(dá)5分鐘，因此適合制造在惡劣環(huán)境下工作的機(jī)器人。另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，這種新型導(dǎo)電材料具有按需提供的地?zé)峒訜峁δ?通過該材料發(fā)送電壓會(huì)導(dǎo)致其發(fā)熱，這有助于防止機(jī)器人在寒冷環(huán)境中工作時(shí)結(jié)冰。這些屬性可用于創(chuàng)建輕巧靈活的搜索救援機(jī)器人，這些機(jī)器人可以進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，同時(shí)提供實(shí)時(shí)反饋和通信。這種金屬基材料是由研究小組開發(fā)的一種新工藝生產(chǎn)的，該工藝稱為“氧化石墨烯啟用的模板合成”。首先將纖維素紙浸入氧化石墨烯溶液中，然后再將其浸入金屬離子(例如鉑)制成的溶液中。然后將材料在惰性氣體氬氣中于800°C，然后在500°C的空氣中燃燒。最終產(chǎn)品是一層薄的金屬-90微米(0.0m)或0.09mm-由70%的鉑和30%的無定形碳(灰分)組成，其柔韌性足以彎曲，折疊和拉伸。這一重大研究突破已于2019年8月28日發(fā)表在科學(xué)雜志《科學(xué)機(jī)器人》上。也可以使用其他金屬，例如金和銀。小組組長助理陳寶仁教授在研究中使用了切成鳳凰形狀的纖維素模板。美國國立大學(xué)化學(xué)與生物分子工程系的陳教授說：“我們受到了神話中生物的啟發(fā)。就像鳳凰一樣，它可以被燃燒成灰燼，重生變得比以前更強(qiáng)大。” 該團(tuán)隊(duì)的材料可以充當(dāng)機(jī)械穩(wěn)定，柔軟和導(dǎo)電的骨架，從而使機(jī)器人具備應(yīng)變感應(yīng)和通訊功能，而無需外部電子設(shè)備。具有導(dǎo)電性意味著該材料充當(dāng)其自身的無線天線，從而使其可以與遠(yuǎn)程操作員或其他機(jī)器人進(jìn)行通信，而無需外部通信模塊。這擴(kuò)大了折紙機(jī)器人的范圍，例如在高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境(例如化學(xué)泄漏和火災(zāi))中作為遠(yuǎn)程束縛式機(jī)器人或用作人造肌肉或人形機(jī)器人手臂而工作。 “我們對(duì)不同的導(dǎo)電材料進(jìn)行了試驗(yàn)，最終得出了一種獨(dú)特的組合，可以實(shí)現(xiàn)最佳的應(yīng)變感應(yīng)和無線通信能力。因此，我們的發(fā)明擴(kuò)展了用于制造高級(jí)機(jī)器人的非常規(guī)材料庫，”楊海濤博士說。化學(xué)與生物分子工程系和該研究的第一作者。在研究的下一步中，陳副教授及其團(tuán)隊(duì)正在研究為金屬骨架增加更多功能。一個(gè)有前途的方向是結(jié)合電化學(xué)活性材料來制造能量存儲(chǔ)設(shè)備，使得該材料本身就是其自身的電池，從而允許創(chuàng)建自供電機(jī)器人。該團(tuán)隊(duì)還在試驗(yàn)其他金屬，例如銅，這將降低材料的生產(chǎn)成本。（責(zé)任編輯：fqj）

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