研究人员开发了一种可自愈、可生物降解，并可3D打印的材料。这种材料可以用于开发仿真机械手以及其他软机器人技术应用。
剑桥大学的研究人员开发的这种低成本、果冻状的材料可以感知到应力（strain）、温度和湿度。比起早期的自愈机器人，它们甚至可以在室温下进行一定的自我修复。该研究成果已被发表在《NPG Asia Materials》的杂志上。
软传感技术可以改善机器人技术、触控交互技术、穿戴式设备以及其他应用。但是，绝大多数软传感技术存在不耐用、能耗高的问题。“软传感器与机器人的结合可以使我们从中获取更多的信息，例如，我们的大脑是如何从肌肉的紧张程度中获知我们当前的身体状态的。”该论文的第一作者、剑桥大学工程系的David Hardman说道。
作为欧盟资助的SHERO项目的成员，Hardman和他的同事一直致力于为机械手臂开发可自愈的软传感材料。在无需人工干涉的情况下，这些材料可以检测到自身的损伤，并采取必要的步骤进行暂时的修复，然后恢复工作。“多年来我们一直在研究可自愈的材料，但现在我们正在寻找更快、更廉价的方法来制造自愈机器人，”同样来自工程系的合著者Thomas George-Thuruthel博士说道。早期的自愈机器人需要加热才能自愈，但是剑桥大学的研究人员现在正开发一种在室温下就能自愈的材料，使其在现实世界中的应用更加广泛。
Hardman说道：“我们从一种廉价的、可生物降解的、具有生物兼容性的弹性胶基材料出发，试图通过加入导电成分将传感器与材料结合起来，并针对此进行了许多不同的实验。”研究人员发现，使用氯化钠（sodium chloride，salt，盐）代替碳墨来打印传感器可以使材料产生他们想要的特性。盐因可溶于富水的水凝胶，而为离子传导（即离子的运动）提供了一个统一的导电通道。
来源: David Hardman 等人的论文，NPG Asia Materials (2022).
在测量被打印出来的材料的电阻时，研究人员发现，材料对应变有着高度线性化的响应，这种特性可以用于测算材料的形变。盐的加入也使得传感器可以伸长到原来的三倍以上，因此，这种材料可以应用于柔性和延展性强的机器人设备中。
这种自愈材料廉价且易于制造，3D打印或铸造皆可，而且不会变干，表现出长期的稳定性与强度。此外，它完全是由可广泛获取的食品安全材料制成。这些特点使得它比许多现有的备选材料更出色。“考虑到价格和易于制造的程度，这是一个相当好的传感器。”George-Thuruthel说到。“我们可以完全用胶质制造一个机器人并在任何我们需要的地方打印传感器。”
这种自愈水凝胶可以很好地与多种材料粘合，意味着将它们应用于其它类型的机器人相当容易。例如，研究人员所在的仿生机器人实验室（Bio-Inspired Robotics Laboratory）进行的大部分研究重点都在于机械手的制造。尽管这一材料目前还处于概念验证阶段，但在进一步研发后，它将被用于制造人造皮肤和定制的穿戴式可降解传感器。
来源: David Hardman 等人的论文，NPG Asia Materials (2022).
翻译：王馨仪
审校：王嘉钰
引进来源：剑桥大学
本文来自：中国数字科技馆
