ACS Appl.Mater.Interfaces：具有自感知能力的软体驱动器

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软体驱动器作为软体机器人的驱动单元，一直受到研究人员的广泛关注。由于软体机器人具有易小型化、轻量化的特点，因此在医疗、勘探等领域中有着较为广泛的应用需求；特别是在很多空间狭小或者光线不足的环境中，使用者无法通过肉眼或者视觉辅助监控设备对软体机器人的作动响应进行直接观察，从而无法了解其实时工作状态。

图1. 基于LIG技术的柔性电子器件。a)具有自感知能力和人机交互应用潜力的LIG驱动器的工作机理b) LIG的制备示意图。c) LIG的拉曼光谱表征结果。d)LIG的微观形貌。

北京理工大学先进结构技术研究院郭晓岗副教授团队，在课题组前期激光诱导石墨烯（LIG）研究基础上，提出并设计了一种以LIG为核心功能材料具有自感知能力的软体驱动器。通过LIG材料电热效应，即可实现异质膜结构的热致卷曲变形。同时，由于在驱动器卷曲变形过程中，偏离结构中性面的激光诱导石墨烯材料受到拉伸变形，其电阻随之发生变化；通过提取该电阻变化，可以反演出驱动器的实时卷曲变形，结合Unity 3D软件即可实现驱动器变形状态的实时可视化。本研究中，激光诱导石墨烯材料不仅具有电热驱动能力，同时兼具感知功能。

图2. 具有实时自反馈性能的LIG驱动器。a)实时变形反馈系统的工作机理。b) LIG驱动器电阻随曲率的变化。c) LIG驱动器弯曲变形的实时形状数字反馈结果。d)实际变形与数字反馈结果的误差对比。

首先，通过系统地调控激光诱导石墨烯的制备参数，探索了主要制备参数（激光功率、频率、扫描速度和分辨率）对激光诱导石墨烯电性能、表面形貌的影响规律，对比了不同形貌激光诱导石墨烯的转印效率，为设计柔性传感器和软体机器人奠定了基础。之后，结合理论分析、有限元仿真和实验论证探索了结构参数对弯曲型LIG电热驱动器变形能力的影响，设计了多种能由2D前驱体转变为3D结构的软体驱动器。基于LIG的驱动与传感功能一体化的特点，实现了可穿戴电子设备对柔性机械手的远程操控。

图3. LIG传感器用于手势识别和软体机器手控制。a)LIG传感手套识别不同手势。b) LIG传感器远程控制驱动器的工作原理。c) LIG传感手套远程控制LIG软体机器手。

相关研究成果近期以发表于ACS Appl. Mater. Interfaces。北京理工大学先进结构技术研究院郭晓岗副教授为通讯作者，博士研究生王昊和硕士研究生赵子奋为共同第一作者。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c09973

来源：知社学术圈