2022-09-13 15:06

食肉植物激发了智能光滑表面和仿生机器人的灵感

Carnivorous plants inspire smart slippery surfaces and bio<em></em>nic robots

《光电进展》的一份新出版物讨论了食肉植物如何激发智能光滑表面和仿生机器人。

食肉植物激发了先进的刺激响应驱动器和润滑光滑表面的创新。然而,开发混合仿生装置结合食肉植物的主动和被动捕获猎物的能力仍然具有挑战性。研究团队开发了一种对湿度敏感的变形光滑表面。他们将润滑剂注入的光滑表面与LRGO/GO双层驱动器集成在一起。该团队准备了一系列概念验证执行器,包括智能青蛙舌头和智能花朵,演示主动/被动捕获、液滴操作和传感。

食肉植物可以通过复杂的驱动机制或独特的表面润湿性捕捉和消化小昆虫。这种能力激发了工程应用的人工智能表面/设备的发展,如防结冰表面、抗生物污染、液滴凝结和液滴操作。模仿它们的捕获行为导致了设计合成表面、执行器和机器人的创新策略。

一般来说,不同种类的食肉植物的诱捕机制不同,可分为主动诱捕和被动诱捕两大类。然而,结合了这两种不同食肉植物的优点,同时具有积极和消极诱捕能力的混合仿生装置仍然很少。以Dionaea muscipula为灵感的驱动器与模仿猪笼草的光滑表面的结合有利于驱动器的设计和具有超级润湿性的智能表面的开发。然而,要达到这一目标是具有挑战性的。

飞秒激光直写(FsLDW)诱导光还原和同时结构制备氧化石墨烯和LRGO双层致动器,可在水分驱动下实现动态变形。之后,通过毛细管力将润滑剂固定在LRGO一侧,将注入润滑剂的光滑表面与石墨烯驱动器集成在一起。

Carnivorous plants inspire smart slippery surfaces and bio<em></em>nic robots液滴对水分响应的影响 易变形的滑面。(a)液滴主动和被动操作示意图 利用可变形的光滑表面捕获活管虫。(b)变形滑蛙舌的照片。比例尺为1.5 cm。(c)智能水滴采花。每一个花瓣都是由形状变化的光滑表面(油- lrgo /GO)制成的。比例尺为1.5 cm。(d)水汽触发主动接近水滴 含活管状虫及其在变形滑面上的被动滑动行为。比例尺为0.5 cm。correspo (e) 动态过程中水滴边缘的运动轨迹。(f)在(d)中变形光滑表面的曲率变化。(g)开路电压和(h)短路电流。信贷:校园 图书馆的有限公司

这两种食肉植物在诱捕猎物时表现出不同的策略。猪笼草通过一种被动的诱捕机制,在光滑的表面注入润滑剂的帮助下捕捉昆虫。相比之下,Dionaea muscipula通过一个复杂的驱动机制来执行主动捕获行为。混合仿生模型的概念是将两种敲击行为结合在一个合成智能表面上,研究团队称其为刺激变形光滑表面。

传统的刺激响应执行器能够在外部刺激下实现可逆变形。它们揭示了开发诱捕机器人的巨大潜力。然而,在大多数情况下,由于对环境刺激的反应缓慢或缺乏对表面润湿性的控制,简单的弯曲变形无法诱捕昆虫。该团队将湿度响应驱动器与注入润滑剂的光滑表面结合在一起。驱动和滑脱特性的共同作用使注入油的LRGO/GO膜具有更强的捕集能力。

该研究团队展示了一种对水分响应的变形光滑表面,它可以主动接触液滴,并让液滴被动地滑落。基于这种混合仿生概念,一种智能青蛙舌头可以捕捉和操纵含有活管虫的液滴。值得注意的是,光滑的表面可以在水分驱动下弯曲,接触到液滴,并让它滑到底部,展示了主动捕获和被动捕获能力。

综上所述,润滑光滑表面与双层致动器的原位集成并不会降低致动性能。它还提高了在水分驱动下的变形程度。油层的存在可以完全阻止水分子通过LRGO侧的传输,选择性水吸附只发生在GO层内。结果表明,油lrgo /GO执行器具有较大的变形曲率、较短的响应/恢复时间和较高的稳定性。在实际应用中,利用周期性图样的干涉效应的激光干涉烧蚀更为有效。这项工作的意义在于制作了一种具有刺激响应变形和油润滑滑溜溜特性的混合仿生功能的形状变形滑溜溜表面。

形状变形能力与光滑表面的结合既有利于驱动性能,也有利于具有超润湿性的智能表面的实用性。它带来了新的应用,如液滴收集、操作和降雨传感。水分响应执行器可以直接利用自然发生或工程蒸发从水的能量。这些能量随后可以转化为机械能或电能,如能响应天气的建筑系统、智能纺织品和软机器人。跨物种生物激发材料既有利于驱动器设计,也有利于开发具有超强润湿性的智能表面。这种对水分响应的变形光滑表面揭示了仿生机器人发展的巨大潜力。