​这种金属基材料可以彻底改变软机器人

研究人员创造了一种新的金属基材料，可用于软机器人。

一种称为“启用氧化石墨烯的模板合成”的新工艺创建了用于软机器人的新材料。

“折纸机器人”是最先进的柔软，灵活的机器人，可用于人体药物输送，灾难环境中的搜索和救援任务以及类人机器人手臂。

因为这些机器人需要灵活，所以它们通常由柔软的材料制成，例如纸，塑料和橡胶。为了发挥功能，通常会在顶部添加传感器和电气组件，但这会增加设备的体积。

这种新材料将铂等金属与烧过的纸(灰)结合在一起，具有增强的功能，同时保持了传统纸和塑料的可折叠性和轻便性。实际上，新材料的重量是纸的一半，这也使其具有更高的功率效率。

假肢和软机器人

这些特性使这种新材料成为制造柔韧而轻巧的假肢的强有力的候选者，该假肢的重量比传统假肢轻60%。这样的假体可以提供实时的应变感测，以反馈有关其弯曲程度的信息，为用户提供更好的控制和即时信息-无需外部传感器，否则外部传感器会给假体增加不必要的重量。

这种轻巧的金属骨架比折纸机器人制造中使用的传统材料轻至少三倍。它还具有更高的能源效率，使折纸机器人能够以比原来少30%的能源运行得更快。新材料还具有耐火性，使其适合在恶劣环境下工作的机器人中使用。新材料可以承受大约800摄氏度(1,472华氏度)的燃烧长达5分钟。

另外，导电材料按需具有地热加热功能-在材料中发送电压会导致其发热，这有助于防止机器人在寒冷环境中工作时结冰损坏。这些属性可以帮助创建轻便灵活的搜索救援机器人，这些机器人可以进入危险区域，同时提供实时反馈和通信。

他们如何制作新材料

研究人员通过一种称为“启用氧化石墨烯的模板合成”的新工艺来创建金属基材料。他们首先将纤维素纸浸入氧化石墨烯溶液中，然后再将其浸入由金属离子(例如铂)制成的溶液中。然后，该材料在惰性气体氩气中于800 C(1472 F)，然后在500 C(932 F)的空气中燃烧。

最终产品是由70%的铂和30%的无定形碳(灰分)组成的金属薄层(厚度为90微米(μm)或0.09mm)，其柔韧性足以弯曲，折叠和拉伸。也可以使用其他金属，例如金和银。

这项工作发表在《科学机器人》杂志上。

小组组长陈宝仁在研究中使用了切成凤凰形状的纤维素模板。“我们受到神话中生物的启发。就像凤凰一样，它可以燃烧成灰烬，重生后变得比以前更强大。”国大化学与生物分子工程学助理教授陈说。

导电骨架

该团队的材料可以充当机械稳定，柔软且导电的骨架，从而使机器人具备应变感应和通讯功能，而无需外部电子设备。

具有导电性意味着该材料充当其自身的无线天线，从而使其可以与远程操作员或其他机器人进行通信，而无需外部通信模块。这扩大了折纸机器人的范围，例如在高风险环境(例如化学泄漏和火灾)中作为远程束缚式机器人来工作，或者用作人造肌肉或人形机器人手臂。

国大化学与生物分子工程专业博士生，该研究的第一作者杨海涛说：“我们尝试了不同的导电材料，最终得出了一种独特的组合，可以实现最佳的应变感应和无线通信功能。” “因此，我们的发明扩展了用于制造高级机器人的非常规材料库。”

Chen和他的团队现在正在寻求为金属主干添加更多功能。一个有前途的方向是结合电化学活性材料来制造能量存储设备，使得该材料本身就是其自身的电池，从而允许创建自供电机器人。该团队还在试验其他金属，例如铜，这将降低材料的生产成本。