近日，我校機械與智能制造學院楊開懷博士、陳貴清博士，依托省級智能裝備應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，聯(lián)合福建工程學院翁明岑等研究人員在國際著名期刊《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》（基于氧化石墨烯復合材料的雙響應(yīng)雙向彎曲致動器用于仿生軟機器人），標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，智能致動器由于其驅(qū)動方式多樣、形變類型多樣、應(yīng)用廣泛等特點，已成為智能材料的研究熱點。然而，只能由單一刺激驅(qū)動的傳統(tǒng)雙層致動器的應(yīng)用領(lǐng)域受到極大限制。我校機械與智能制造學院研究團隊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、福建工程學院、廈門理工學院科研團隊開展了諸多有意義的研究工作。本次公開發(fā)表的研究基于氧化石墨烯(GO)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)復合材料的雙響應(yīng)和雙向彎曲致動器，旨在開發(fā)多響應(yīng)執(zhí)行器以拓寬驅(qū)動器的應(yīng)用領(lǐng)域。

研究表明該致動器由GO薄膜真空過濾和PET薄膜熱壓制成（圖1）。由于濕膨脹效應(yīng)，GO/PET致動器可由濕氣驅(qū)動（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致動器可以由光驅(qū)動（圖3）。

圖1  GO/PET 致動器的制造和表征

圖2  GO/PET致動器的濕度驅(qū)動性能

圖3  GO/PET致動器的近紅外(NIR)光驅(qū)動性能

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

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)實際應(yīng)用。

圖5  基于 GO/PET執(zhí)行器的智能抓手

最后設(shè)計了仿生蠕蟲機器人（圖6），它可以通過控制近紅外輻射和加濕的刺激來上下樓。

圖6 基于GO/PET執(zhí)行器的仿生蠕蟲機器人

這些研究表明，執(zhí)行器在智能機器人領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力?；?/span>GO/PET的多刺激響應(yīng)致動器可用簡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)動的致動器，此致動器在濕度和近紅外光的作用下表現(xiàn)出極大的彎曲性能，可用于智能機器人及機械臂。

接下來，機械與智能制造學院將繼續(xù)組織研究人員，致力于該致動器應(yīng)用于生物仿生等領(lǐng)域的研究，力爭早日實現(xiàn)該致動器在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用。

（機械與智能制造學院 供稿）