使用湿度变化驱动的石墨烯微型机器人

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仅使用湿度变化,由氧化石墨制成的微型水分驱动的生物便移动了几毫米
仅使用湿度变化,由氧化石墨制成的微型水分驱动的生物便移动了几毫米


中国吉林大学的研究人员创造了微型,简单的“机器人”,这些机器人完全由水分驱动。该团队由经过氧化处理的氧化石墨烯制成,制造了一个四足的虫子机器人,该虫子爬行并且爪子因湿度变化而闭合。

为了使他们的机器人对湿气做出反应,研究小组通过还原的化学过程处理了氧化石墨烯片,该过程从分子中除去了氧气。但是这里的关键是仅“减少”材料的一侧–这样,当空气变得更加潮湿时,未还原的一侧会吸收更多的水,使材料向还原的一侧膨胀并卷曲。当空气干燥时,材料再次变平。

先前的研究发现,强光是诱导氧化石墨烯还原的有效方法,因此吉林团队使用了一种快速,简单且便宜的光源:相机闪光灯。为了确保仅减少材料的顶面,纸张的厚度必须大于5微米,并且必须在距离其20到30厘米(7.9到11.8英寸)之间激活闪光灯。

这样做会导致氧化石墨烯片弯曲到0至85度之间的角度,从而对相对湿度在33%至86%之间的变化做出反应。为了使效果可视化,研究小组将处理过的材料切成四足的生物形状,宽约1厘米(0.4英寸)。几次打开和关闭湿度,它们可能会使小虫在12秒内爬到3.5毫米(0.1英寸)的距离,而无需任何其他电源的帮助。

使用相同的原理,团队还制作了随湿度变化而打开和关闭的爪子。将八根材料条(每条长5毫米(0.2英寸))粘贴成星形,将其暴露在湿气中12秒钟后将完全闭合。空气干燥后,爪子会在一分钟内再次变平。

该研究的首席研究员张勇来说:“这些机器人很简单,可以通过改变环境湿度来灵活地操纵。” “这些设计非常重要,因为移动和捕获/释放是自动化系统的基本功能。”

将来,研究人员计划探索更精确地控制机器人的方法,以便将其用于更复杂的任务。该研究发表在《光学材料快报》上。


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