可折疊、移動和感知的石墨烯材料可以為下一代軟機器人提供動力
麥吉爾大學的工程師開發出了可以移動、折疊和自我重塑的超薄材料，為軟機器人和自適應設備開闢了新的可能性。該作品使用了設計得像動畫摺紙一樣的氧化石墨烯薄膜，使平板能夠轉變成可以行走、扭曲、翻轉和感知運動的結構。該研究由麥吉爾生物資源工程系的 Hamid Akbarzadeh 和採礦與材料工程系的 Marta Cerruti 共同領導。他們的目標是克服長期存在的限制，這些限制使基於氧化石墨烯的執行器無法在現實世界中使用。 “氧化石墨烯薄膜對於下一代軟機器人和自適應執行器來說非常有前景，但它們在現實世界中的部署仍然受到限制，因為它們很脆，難以大規模製造，並且無法產生復雜或可編程的運動，”切魯蒂說。為了解決這個問題，該團隊開發了既堅固又靈活的氧化石墨烯薄膜。這些類似紙張的薄片可以折疊成摺紙形狀而不會破裂，同時仍保持機械穩定性。這使得它們適用於必須在人類周圍安全運行的軟機器人，無需剛性組件或重型電機。研究人員證明，折疊的氧化石墨烯結構可以通過編程來響應日常環境觸發因素，從而無需電線、電池或笨重的硬件即可實現受控運動。摺紙遇上軟機器人 在一項研究中，類似摺紙的結構直接對濕度做出反應。當暴露在濕氣中時，折疊的形狀會打開。當材料乾燥時，它們會再次閉合。這種可逆運動使材料能夠充當完全由環境條件驅動的執行器。在第二項研究中，研究小組將微小的磁性顆粒嵌入到類似的氧化石墨烯摺紙結構中。這允許使用外部磁場遠程控制折疊材料。該方法無需物理連接即可實現轉向和移動，從而擴大了這些材料可以運行的環境範圍。這兩種控制方法展示了相同的基材如何適應不同的用途，從導航精緻內部空間的醫療工具到對濕度或溫度變化做出反應的智能包裝。除了運動之外，氧化石墨烯層還提供另一個關鍵功能。它們的電導率隨著材料彎曲或折疊而變化。這使得結構在移動時能夠感知自己的運動。研究人員發現，這種自感知行為使材料能夠同時充當執行器和傳感器。這樣就不需要單獨的傳感組件，從而降低了複雜性和尺寸。 Akbarzadeh 表示：“這些進步使得強大、可重構和多功能的 GO 超材料能夠實現複雜運動、用戶定義的形狀變化、集成傳感和實時反饋，標誌著第一個可重構傳感器執行器超材料的出現。”自我感知的材料運動、傳感和可重構性的結合使這些氧化石墨烯摺紙材料成為新型軟機器的構建塊。潛在的應用包括在身體中輕輕移動的醫療設備、適應皮膚的可穿戴系統以及為受限或敏感環境設計的小型機器人。研究還表明，這些材料可以大規模製造，解決了阻礙軟機器人技術進步的一個關鍵障礙。通過依靠簡單的折疊片材而不是複雜的組件，該方法為現實世界的部署提供了一條實用的途徑。研究結果發表在《材料視野》和《高級科學》上。
已发布: 2026-01-23 20:24:00
