氣動施行器因其彎曲水平高、自在度大、情況適應性強等特點，在醫(yī)療保健、復雜地形勘探等范疇有普遍的應用前景。但因為其壓力系統(tǒng)離不開粗笨且剛性的泵驅動氣體設備，極大地限造了施行器的尺寸和挪動性，以及在室外情況中的應用。液-氣相變復合質料是一種在柔性彈性體中摻雜液-氣相變質料而構成的智能質料。當溫度到達質料沸點時，液滴蒸發(fā)產生壓力，帶動復合質料膨脹，因而每個微液滴都能夠看做是一個氣動單位。通過那種體例，將氣源和氣泵的功用集成到次要質料中，大大降低了系統(tǒng)的復雜性。然而，相變施行器的加熱體例遭到焦耳加熱或情況加熱的限造，需要外接電源或更高的情況溫度，那障礙了其更普遍的應用。此外，目前對施行器變形行為的監(jiān)測凡是由光學相機記錄，然后對獲得的圖像停止后闡發(fā)，缺乏實時性。因而，若何設想一個無系繩，且具有感知本身運動的柔性施行器仍是一個挑戰(zhàn)。

圖1 PRPTE施行器的驅動、傳感原理和造造

針對上述問題，中國科學院寧波質料手藝與工程研究所增材造造質料手藝團隊程昱川研究員和孫愛華研究員基于石墨烯、低沸點溶液微滴和硅橡膠，造備了一種集成變形驅動和傳感特征于一體的光響應液-氣相變彈性體（PRPTE）（如圖1）。PRPTE具有優(yōu)良的機械性能，在100℃時，低沸點發(fā)作液-氣相變產生的軸向力能夠高達本身重量的400倍，且不變性優(yōu)良。以該質料為主動層質料，團隊接納4D打印手藝造備了一系列柔性施行器，實現(xiàn)彎曲、抓取和爬行等光控法式化運動（如圖*）。

圖2 PRPTE傳感性能的表征

尤其重要的是，基于電容變革PRPTE表示出自傳感特征。石墨烯吸收近紅外光產生熱量，低沸點液體發(fā)作液-氣相變，介電常數(shù)減??；石墨烯因硅橡膠膨脹而逐步分離，彈性體介電常數(shù)減?。煌瑫r電極間距增大。在以上三個因素的配合感化下，PRPTE的電容會敏捷減小，從而實現(xiàn)對其變形的實時感知。模擬生物體操縱其本身信號反應調理肌肉收縮和拉伸，從而停止復雜運動，團隊造備了一種人工肌肉（如圖2）。該人工肌肉能夠通過反應的電容值得知腿部彎曲角度，并按照需要的角度停止切確控造。該研究實現(xiàn)了柔性施行器的驅動/傳感一體化功用集成，為設想和造造具有集成自感知才能的軟機器人供給了新思緒。

圖* 4D打印PRPTE/PDMS雙層構造施行器

該工做以“4D printing Light-Driven soft actuators based on Liquid-Vapor phase transition composites with inherent sensing capability”為題頒發(fā)在Chemical Engineering Journal, 202*, 4*4, 1402*1 。本研究得到了浙江省天然科學基金（No.LZ22E0*000*）、國度重點研發(fā)方案（No.2021YFB**01*00）、國度天然科學基金（No.118*4*66）和寧波市嚴重科技攻關（No.20211ZDYF020228）等項目標撐持。

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