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一種適用于柔性軟機器人的新型金屬材料

（文章來源：教育新聞網） “折紙機器人”是最先進的軟，柔性機器人，已經過測試，可用于各種應用，包括人體藥物輸送，災難環境中的搜索和救援任務以及類人機器人手臂。因為這些機器人需要靈活，所以它們通常由柔軟的材料制成，例如紙，塑料和橡膠。為了發揮功能，通常會在頂部添加傳感器和電氣組件，但這會增加設備的體積。現在，一個由NUS研究人員組成的團隊開發了一種新穎的方法來創建一種用于這些軟機器人的新型金屬基材料。這種新材料將鉑等金屬與燒紙(灰燼)結合在一起，具有增強的功能，同時又保持了傳統紙和塑料的可折疊性和輕便性。實際上，新材料的重量是紙的一半，這也使其具有更高的功率效率。這些特性使這種材料成為制造柔韌而輕巧的假肢的強有力的候選者，該假肢的重量比傳統假肢輕60%。這樣的假肢可以提供實時的應變感測，以反饋有關其彎曲程度的信息，從而為用戶提供更好的控制和即時信息-無需外部傳感器，否則將給假肢增加不必要的重量。這種輕巧的金屬骨架比用于制造折紙機器人的傳統材料輕至少三倍。它還具有更高的能源效率，使折紙機器人能夠以比原來少30%的能源來更快地工作。此外，這種新型材料具有耐火性，使其能夠在大約800°C的高溫下燃燒長達5分鐘，因此適合制造在惡劣環境下工作的機器人。另外一個優點是，這種新型導電材料具有按需提供的地熱加熱功能-通過該材料發送電壓會導致其發熱，這有助于防止機器人在寒冷環境中工作時結冰。這些屬性可用于創建輕巧靈活的搜索救援機器人，這些機器人可以進入危險區域，同時提供實時反饋和通信。這種金屬基材料是由研究小組開發的一種新工藝生產的，該工藝稱為“氧化石墨烯啟用的模板合成”。首先將纖維素紙浸入氧化石墨烯溶液中，然后再將其浸入金屬離子(例如鉑)制成的溶液中。然后將材料在惰性氣體氬氣中于800°C，然后在500°C的空氣中燃燒。最終產品是一層薄的金屬-90微米(0.0m)或0.09mm-由70%的鉑和30%的無定形碳(灰分)組成，其柔韌性足以彎曲，折疊和拉伸。這一重大研究突破已于2019年8月28日發表在科學雜志《科學機器人》上。也可以使用其他金屬，例如金和銀。小組組長助理陳寶仁教授在研究中使用了切成鳳凰形狀的纖維素模板。美國國立大學化學與生物分子工程系的陳教授說：“我們受到了神話中生物的啟發。就像鳳凰一樣，它可以被燃燒成灰燼，重生變得比以前更強大。” 該團隊的材料可以充當機械穩定，柔軟和導電的骨架，從而使機器人具備應變感應和通訊功能，而無需外部電子設備。具有導電性意味著該材料充當其自身的無線天線，從而使其可以與遠程操作員或其他機器人進行通信，而無需外部通信模塊。這擴大了折紙機器人的范圍，例如在高風險環境(例如化學泄漏和火災)中作為遠程束縛式機器人或用作人造肌肉或人形機器人手臂而工作。 “我們對不同的導電材料進行了試驗，最終得出了一種獨特的組合，可以實現最佳的應變感應和無線通信能力。因此，我們的發明擴展了用于制造高級機器人的非常規材料庫，”楊海濤博士說。化學與生物分子工程系和該研究的第一作者。在研究的下一步中，陳副教授及其團隊正在研究為金屬骨架增加更多功能。一個有前途的方向是結合電化學活性材料來制造能量存儲設備，使得該材料本身就是其自身的電池，從而允許創建自供電機器人。該團隊還在試驗其他金屬，例如銅，這將降低材料的生產成本。（責任編輯：fqj）

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