研究人员开发出首个由湿度 温度和照明驱动的木制机器人夹具

大多数机器人夹具要么使用在高温下熔化的软塑料(用于拾取物体而不损坏它们)，要么使用坚硬且昂贵的金属制成。新加坡国立大学(NUS)的一组研究人员与东北林业大学的合作者一起，创造了一种木制机器人抓手，可以在非常热的环境中使用，但仍能保持柔软的触感。

这种创新的木制机器人抓手还有另一个优点——它由环境中湿度、温度和照明的变化驱动，从而降低能耗。

“木材具有优异的机械性能、自然变形、储量大、价格相对便宜。在我们最新的工作中，我们已经证明木质机器人抓手可以克服传统执行器和机械手的局限性，”TanSwee助理教授解释道Ching领导着新加坡国立大学设计与工程学院材料科学与工程系的一个研究团队。

他补充说：“我们的木制机器人夹具可以响应湿度、热和光刺激而自发拉伸和弯曲。它还具有良好的机械性能，能够进行复杂的变形，工作温度范围宽，制造成本低，并且具有生物相容性。这些独特的功能使其有别于传统的替代品。”

当暴露在高湿度(相对湿度高于95%)时，木质夹具会打开，当周围温度超过70°C或暴露在太阳辐射下时，木质夹具会紧紧关闭。

研究团队于2023年2月26日在科学期刊《AdvancedMaterials》网络版上发表了他们的发明。

对湿度、热和光敏感的木质夹具

研究人员使用厚度为0.5毫米的加拿大枫木片制作了木制机器人抓手。首先用氯化钠处理这些木片，以去除木质素(植物细胞壁中的一种成分)。木材中的大孔隙充满了一种称为聚吡咯的聚合物，使材料更容易吸收热量和光。

该团队还配制了一种新型镍基吸湿凝胶，用于吸湿。改性木片的一侧涂有吸湿凝胶。另一侧附有疏水膜。这种干湿差异使木材能够快速吸收一侧的水蒸气，当暴露在高湿度下时，这会加速木质抓手形状的变化。

然后使用特殊模具在70°C的温度下将木片成型为夹具。当放置在95%RH(即潮湿刺激)的环境中时，吸湿凝胶吸收水分，木质抓手伸展并逐渐向外张开。

“当暴露在超过70°C的高环境温度(热刺激)下时，木质夹具开始向内弯曲，并在200°C时达到最大弯曲，”新加坡国立大学材料科学系博士生白露露女士解释道。工程和论文的第一作者。

研究小组还在不同的光强度下测试了木质抓手，疏水膜层面向光源。当光照将夹具的表面温度提高到约42°C时，吸湿凝胶开始失水，夹具开始向内弯曲，然后在约57°C时实现显着弯曲。

木质夹具在100个驱动周期后仍保持完好，证明了其长期使用的稳定性和坚固性。

在高温下提升物体

“我们还通过在高温下拾取物体来验证木质夹爪的性能。在我们的实验中，木质夹爪成功举起170°C左右的200克重量(相当于一罐汽水)。这对于“大多数执行器都是用软聚合物制成的。根据设计，木质抓手可以承受高达抓手重量10,000倍的负载。”该研究论文的共同通讯作者、东北林业大学陈文帅教授解释道。

助理教授Tan和他的团队现在正在研究改进木制夹具的性能，例如将弯曲时间从目前的约两分钟缩短，增加其可承载的重量，以及抓取不同形状和尺寸的物体。他们还在寻找降低成本和扩大木制夹具制造规模的方法。

通过进一步的结构设计和性能改进，团队希望开发出改进版的木质抓手，帮助消防员开展救援行动。

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