“折紙機(jī)器人”是最先進(jìn)的軟，柔性機(jī)器人，已經(jīng)過測試，可用于各種應(yīng)用，包括人體藥物輸送，災(zāi)難環(huán)境中的搜索和救援任務(wù)以及類人機(jī)器人手臂。

因為這些機(jī)器人需要靈活，所以它們通常由柔軟的材料制成，例如紙張，塑料和橡膠。為了發(fā)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(shè)備的體積。

現(xiàn)在，一個由NUS研究人員組成的團(tuán)隊已經(jīng)開發(fā)出一種新穎的方法來創(chuàng)建一種用于這些軟機(jī)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(jié)合在一起，具有增強(qiáng)的功能，同時保持了傳統(tǒng)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能效。

這些特性使這種材料成為制造柔韌而輕巧的假肢的強(qiáng)有力的候選者，該假肢的重量比傳統(tǒng)假肢輕60%。這樣的假體可以提供實時的應(yīng)變感測，以反饋有關(guān)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，而無需外部傳感器，否則外部傳感器會給假體增加不必要的重量。

這種輕巧的金屬骨架比用于制造折紙機(jī)器人的傳統(tǒng)材料輕至少三倍。它還具有更高的能源效率，使折紙機(jī)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，適合制造在惡劣環(huán)境下工作的機(jī)器人，因為它可以承受約800°C的燃燒長達(dá)5分鐘。

另外一個優(yōu)點是，這種新型導(dǎo)電材料具有按需地?zé)峒訜岬墓δ?通過該材料發(fā)送電壓會導(dǎo)致其加熱，這有助于防止機(jī)器人在寒冷環(huán)境中工作時結(jié)冰。這些屬性可用于創(chuàng)建輕便靈活的搜索救援機(jī)器人，這些機(jī)器人可以進(jìn)入危險區(qū)域，同時提供實時反饋和通信。

這種金屬基材料是由團(tuán)隊開發(fā)的一種新工藝生產(chǎn)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，然后再將其浸入由金屬離子(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(chǎn)品是由70%的鉑和30%的無定形碳(灰分)組成的金屬薄層(90微米(μm)或0.09mm)，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(fā)表在著名的科學(xué)雜志《科學(xué)機(jī)器人》上。也可以使用其他金屬，例如金和銀。

小組組長助理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(xué)化學(xué)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(fā)。就像鳳凰一樣，它可以被燃燒成灰燼，重生變得比以前更強(qiáng)大。”

智慧折紙機(jī)器人的導(dǎo)電骨架

該團(tuán)隊的材料可以充當(dāng)機(jī)械穩(wěn)定，柔軟且導(dǎo)電的骨架，從而使機(jī)器人具備應(yīng)變感應(yīng)和通訊功能，而無需外部電子設(shè)備。具有導(dǎo)電性意味著該材料充當(dāng)其自身的無線天線，從而使其可以與遠(yuǎn)程操作員或其他機(jī)器人進(jìn)行通信，而無需外部通信模塊。這擴(kuò)大了折紙機(jī)器人的范圍，例如在高風(fēng)險環(huán)境(例如化學(xué)泄漏和火災(zāi))中作為遠(yuǎn)程束縛式機(jī)器人或用作人造肌肉或人形機(jī)器人手臂而工作。

“我們嘗試了不同的導(dǎo)電材料，最終得出了一種獨特的組合，可以實現(xiàn)最佳的應(yīng)變感應(yīng)和無線通信功能。因此，我們的發(fā)明擴(kuò)展了用于制造高級機(jī)器人的非常規(guī)材料庫，”楊海濤博士說。化學(xué)與生物分子工程系和該研究的第一作者。

在他們的下一步研究中，陳副教授及其團(tuán)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將電化學(xué)活性材料摻入到制造能量存儲設(shè)備中，從而使材料本身就是其自身的電池，從而允許創(chuàng)建自供電機(jī)器人。該小組還在試驗其他金屬，例如銅，這將降低材料的生產(chǎn)成本。