近日，我校機(jī)械與智能制造學(xué)院楊開(kāi)懷博士、陳貴清博士，依托省級(jí)智能裝備應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，聯(lián)合福建工程學(xué)院翁明岑等研究人員在國(guó)際著名期刊《Journal of Applied Polymer Science》上發(fā)表論文《Dual-responsive and bidirectional bending actuators based on a graphene oxide composite for bionic soft robotics》（基于氧化石墨烯復(fù)合材料的雙響應(yīng)雙向彎曲致動(dòng)器用于仿生軟機(jī)器人），標(biāo)志著我校智能裝備應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心在“雙高”建設(shè)中取得顯著階段性成果。

近年來(lái)，智能致動(dòng)器由于其驅(qū)動(dòng)方式多樣、形變類(lèi)型多樣、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，已成為智能材料的研究熱點(diǎn)。然而，只能由單一刺激驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)雙層致動(dòng)器的應(yīng)用領(lǐng)域受到極大限制。我校機(jī)械與智能制造學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)致力于智能材料和智能制造領(lǐng)域相關(guān)裝備和器件的研發(fā)和應(yīng)用研究工作，依托省級(jí)智能裝備應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，聯(lián)合福州大學(xué)、福建工程學(xué)院、廈門(mén)理工學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了諸多有意義的研究工作。本次公開(kāi)發(fā)表的研究基于氧化石墨烯(GO)和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)復(fù)合材料的雙響應(yīng)和雙向彎曲致動(dòng)器，旨在開(kāi)發(fā)多響應(yīng)執(zhí)行器以拓寬驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用領(lǐng)域。

研究表明該致動(dòng)器由GO薄膜真空過(guò)濾和PET薄膜熱壓制成（圖1）。由于濕膨脹效應(yīng)，GO/PET致動(dòng)器可由濕氣驅(qū)動(dòng)（圖2）。受益于光熱轉(zhuǎn)換的能力以及GO和PET之間熱膨脹系數(shù)的差異，GO/PET致動(dòng)器可以由光驅(qū)動(dòng)（圖3）。

圖1  GO/PET 致動(dòng)器的制造和表征

圖2  GO/PET致動(dòng)器的濕度驅(qū)動(dòng)性能

圖3  GO/PET致動(dòng)器的近紅外(NIR)光驅(qū)動(dòng)性能

為了驗(yàn)證執(zhí)行器在實(shí)際應(yīng)用中的潛力，提出了三種基于執(zhí)行器的演示模型。第一個(gè)模型是仿生花（圖4）。通過(guò)交替加濕和近紅外光照射，可以表現(xiàn)出雙向彎曲變形，模仿自然花朵的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)。

圖4 基于 GO/PET 執(zhí)行器的仿生花

其次，為了充分利用執(zhí)行器的雙向彎曲變形，提出了一種智能抓手（圖5）。所提出的智能抓手可以提供兩種抓取方式，包括從物體內(nèi)部提起（加濕）和從物體外部抓?。ü庹丈洌?，可以適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用。

圖5  基于 GO/PET執(zhí)行器的智能抓手

最后設(shè)計(jì)了仿生蠕蟲(chóng)機(jī)器人（圖6），它可以通過(guò)控制近紅外輻射和加濕的刺激來(lái)上下樓。

圖6 基于GO/PET執(zhí)行器的仿生蠕蟲(chóng)機(jī)器人

這些研究表明，執(zhí)行器在智能機(jī)器人領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力?；?/span>GO/PET的多刺激響應(yīng)致動(dòng)器可用簡(jiǎn)單快捷的制備方法獲得。不同于以前只能被單一的刺激所驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)器，此致動(dòng)器在濕度和近紅外光的作用下表現(xiàn)出極大的彎曲性能，可用于智能機(jī)器人及機(jī)械臂。

接下來(lái)，機(jī)械與智能制造學(xué)院將繼續(xù)組織研究人員，致力于該致動(dòng)器應(yīng)用于生物仿生等領(lǐng)域的研究，力爭(zhēng)早日實(shí)現(xiàn)該致動(dòng)器在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用。

（機(jī)械與智能制造學(xué)院 供稿）