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【科研摘要】

由于其机械顺应性和损伤恢复能力，已经深入探索了用于软机器人应用的本质自修复可拉伸聚合物。然而，它们在现实世界机器人应用中的普遍使用目前受到各种限制的阻碍，例如机械强度低、愈合时间长和外部能量输入要求。

最近，新加坡国立大学Ghim Wei Ho教授团队介绍了一种具有丰富可逆键的分层动态聚合物网络的自修复超分子磁性弹性体（SHSME）。SHSME 具有高机械强度（杨氏模量为 1.2 MPa，类似于硅橡胶）和快速自愈能力（在环境温度下 5 秒自修复后 300% 拉伸应变）。展示了一些基于 SHSME 的机器人演示，即快速两栖功能恢复、具有复杂几何形状和多种功能的模块化组装原型软机器人，以及用于有限空间机器人任务的肢解-导航-组装策略。值得注意的是，SHSME 框架支持循环材料设计，因为它可热变形以回收利用，展示自动修复以延长使用寿命，并且可模块化用于定制结构和功能。相关论文以题为A Fast Autonomous Healing Magnetic Elastomer for Instantly Recoverable, Modularly Programmable, and Thermorecyclable Soft Robots发表在《Advanced Functional Materials》上。

【主图导读】

图1 SHSME材料的合成、自愈机制和表征。

图2 SHSME 材料的快速自动自愈特性。

图3 基于SHAME的具有两栖自愈能力的水蜘蛛软体机器人。

图4 基于 SHAME 的闭环自由模块化组装。

图5 基于 SHAME 的肢解-导航-组装策略。

【总结】

软机器人通常可以承受钝性损坏（如冲击、弯曲和压缩），但是，由于其固有的柔软性，它们极易受到破坏性/撕裂性机械损坏（穿刺和切割）的影响。结构损坏会降低性能甚至禁用机器人功能。为了开发用于软机器人设计的高性能自修复和可拉伸聚合物，团队提出了一种简便的超分子磁性聚合物 SHSME 合成方法，该方法具有动态线性主链和交联剂的组合。源自单体 ALA 的小分子结构和多个可逆键在聚合物网络中提供了高密度的动态键，从而产生了快速的自主自愈。SHSME材料可以在 5 秒内从破坏性的切穿损伤中自我修复后维持 300% 的拉伸，这使其特别适合需要从不可预测的损伤中即时恢复功能的软机器人应用。团队展示了具有多模态运动和两栖自愈能力的基于 SHSME 的水蜘蛛软机器人。更重要的是，开发了一种基于 SHSME 的闭环自由模块化组件，可以快速轻松地制作具有多种机器人功能的复杂 3D 结构软机器人。最后，为了解决有限空间机器人任务的挑战性问题，提出了一种基于 SHSME 的肢解-导航-组装策略，以实现封闭空间内软机器人的导航和集成。分层动态网络的概念可以激发快速自修复超分子聚合物的设计，其优越的自修复性能可以从软机器人扩展到其他应用领域，如软电子和生物工程。

参考文献：

doi.org

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