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用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心在“雙高”建設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)和應用研究工作，依托省級智能裝備應用技術(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)復合材料的雙響應和雙向彎曲致動器，旨在開發(fā)多響應執(zhí)行器以拓寬驅(qū)動器的應用領(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，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）和從物體外部抓取（光照射），可以適應實際應用。

圖5  基于 GO/PET執(zhí)行器的智能抓手

最后設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)域具有巨大的應用潛力?；?/span>GO/PET的多刺激響應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)域的應用。

（機械與智能制造學院 供稿）