沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学 (KAUST) 的科学家研制出了一种微型“球抓取器”，当它暴露在化学蒸汽中时，可以抓起和放下弹珠大小的球。
这是一项新技术，可使软执行器（使机器移动的部件）执行多项任务，而无需额外的昂贵材料。研究人员表示，现有的软执行器仅限于一种运动类型，但这种新型复合薄膜可以根据接触的蒸汽以不同的方式扭曲自身。相关论文于7月12日发表在Cell Press旗下期刊《Chem》上。
“它可以根据分子相互作用弯曲和伸展，这在这个尺寸范围内非常复杂，”KAUST 化学教授、论文作者 M. 说道。“希望我们的研究成果能用于开发先进的软机器人系统，可以在各种环境中执行精确和自适应的运动。”她建议该系统可用于医疗设备、工业自动化以及测量温度、空气质量和湿度。
为了测试该机器执行多项任务的能力，研究人员首先将其暴露在丙酮中，此时该设备能够抓住一个红色棉球并将其拉伸，然后将其放入盒子中。当团队将机器暴露在乙醇蒸汽中时，它能够抓住棉球并将其从盒子中取出。
与硬机器人中可能由金属或硬质塑料制成的刚性执行器不同，软执行器具有灵活性，可执行一系列硬机器人无法完成的任务。因此，软执行器已成为精准农业、深海探索和可穿戴设备等尖端应用的首选技术。
但软执行器仍然有局限性——它们可以弯曲、扭曲或伸展，但不能以多种方式移动，这使得它们无法执行更复杂的任务，而这些任务原本可以使它们得到更广泛的应用。虽然研究人员正在努力让设备有更大的运动范围，但其中许多策略涉及组合不同的材料，这使得它们成本高昂、制造困难，同时也增加了机械故障的风险。
为了克服这一挑战，他的同事开发了一种由聚合物基质制成的机械夹钳，该基质包含有机化合物尿素的分子笼。研究人员之所以选择尿素作为分子笼，是因为这种化合物可以形成多个氢键，当尿素分子暴露于不同的蒸汽分子时，它们可以快速重新配置。因此，可以精确控制和轻松改变材料的性质。
研究结果表明，通过控制蒸汽刺激的类型和浓度，可以“有效地对材料进行编程以实现复杂的运动”。
“这项研究最引人注目的发现是独特的驱动行为，其中软驱动器执行复杂的运动，包括弯曲、拉伸和恢复，这是以前没有报道过的，”博士说。
接下来，研究人员计划研究夹持器的能量密度以及能量转换效率，以提高其性能。他们还将测试软执行器与产生电荷的材料结合时产生电信号的能力，最终目标是开发柔性可穿戴电子设备。
阅读论文：(24)00295-X
