新的水凝胶致动器允许软机器人在崎岖地形上移动

中国科学院宁波材料技术与工程研究所(NIMTE)陈涛教授领导的智能高分子材料课题组与浙江大学郑银飞教授合作，开发了一种基于水凝胶的具有自适应变形能力的软体机器人，可以在自然地形上实现多维越野运动。

这项工作发表在研究。

作为自然进化的过程，生物体已经实现了多种运动方式，例如行走、爬行和游泳，以适应其外部环境的变化。作为仿生材料的理想候选者，水凝胶由于其优异的自变形和类软组织机械性能，可以产生多种仿生形式。然而，激活这种原位变形以解决自主运动和执行多项任务仍然具有挑战性。

受尺蠖等生物体自我生长和进化的启发，在各向同性聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)海绵表面生长了一种含有Fe3O4纳米粒子的光热水凝胶层，从而形成了各向异性双层通过界面扩散聚合的结构。

在程序化的近红外光照射下，双层水凝胶的各向异性构型被重新配置和重新组装以适应外部环境的变化，表现出多程度的变形和各种形式。

凭借空间编程变形，当水凝胶致动器弯曲或恢复时，通过自变形和崎岖地形之间的相互作用动态形成榫卯互锁。因此，水凝胶致动器可以模仿尺蠖的爬行产生周期性的推进力，实现在各种人造粗糙基质和天然沙质地形上的越野运动。

得益于自适应变形，可爬行的水凝胶驱动器通过每个触手的协同作用改变其体积和爬行模式，从而适应包括山口、山谷和山脊在内的复杂地形。

基于多个水凝胶电机的组装，即使是静态货物也被激活，可以在二维粗糙的基板上爬行或越过复杂的沙地。

该策略是软体机器人、可变形材料和仿生设备的设计和开发向前迈出的一步。

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