成果简介
开发可编程无约束软机器人技术是一个日益增长的兴趣和巨大的挑战。本文，中国科学院宁波材料技术与工程研究所陈涛课题组在《NatureCommunications》期刊发表名为“Asymmetricelastoplasticityofstackedgrapheneassemblyactualizesprogrammableuntetheredsoftrobotics”的论文，研究通过在拉伸和压缩条件下应用堆叠石墨烯组件（SGA）的不对称弹塑性来应对这一挑战。我们将SGA转移到聚乙烯（PE）膜上，所得的SGA/PE双层膜响应周围温度的变化而呈现出快速的变形行为。通过图案化SGA和/或局部回火预处理的应用，还可以根据需要对此类热诱导形变系统的初始配置进行编程，从而形成具有复杂三维结构的各种驱动系统。
更重要的是，与普通的双层执行器不同，SGA/PE双层在经过严格的回火处理后会自发卷曲成卷，可以在红外光下实现滚动运动，从而产生不受束缚的光驱动电机。SGA的非对称弹塑性赋予基于SGA的双材料在开发具有高度配置可编程性的无约束软机器人方面具有广阔的应用前景。
图文导读
图1：基于SGA/PE双层薄膜的可编程热诱导变形系统的图示。
图2：SGA/PE双层膜的制备和表征。
图3：SGA/PE膜的热致变形行为。
图4：通过各种方法实现的基于SGA/PE的变形系统的可编程配置。
图5：由SGA/PE双层基本变形单元组装而成的典型变形系统。
图6：基于SGA/PE的滚动电机
图7，用于机械能输出应用和多轮装配系小结
基于独特的非对称性发现，通过使用SGA/PE双层薄膜，提出一种灵活而经济高效的策略，用于开发可编程的束缚式软机器人，包括作为软致动器和光驱动电机的热感应变形系统，SGA在拉伸和压缩下的弹塑性。像许多双层薄膜一样，所制备的SGA/PE薄膜响应温度变化表现出可逆的弯曲和卷曲行为。独特的是，当在有限的空间中对准备好的SGA/PE双层进行回火时，内部产生的残余应力将使其在环境温度下呈现另一种形态，而不会牺牲其热致变形能力。
SGA/PE双层膜的这种特性基本上归因于SGA在拉伸和压缩下的不对称弹塑性行为，因此赋予我们灵活性，可以通过应用各种方法（例如图案化）来编程热诱导变形系统的初始配置SGA贴片，不均匀的SGA膜和局部回火。由于这种独特的变形行为，SGA/PE双层薄膜被用于开发各种热响应或光响应执行器，包括仰卧起坐机器人，人造虹膜和人造睡莲等。更重要的是，回火的SGA/PE双材料自发卷曲成卷，可以在横向红外照明下实现滚动运动，从而产生无约束的光驱动电机。
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