Redian新闻
>
这种“人工肌肉”可以反复开关小伞,也可以一次性掐灭火苗!| 南开刘遵峰课题组NSR

这种“人工肌肉”可以反复开关小伞,也可以一次性掐灭火苗!| 南开刘遵峰课题组NSR

海归学者发起的公益学术平台

分享信息,整合资源

交流学术,偶尔风月


近期,南开大学化学学院刘遵峰教授合作团队在《国家科学评论》(National Science Review, NSR)上发表文章,报道了一种利用热力学-扭转耦合而实现的多模态人工肌肉。与已经报道的各类人工肌肉相比,这种新型人工肌肉的独特之处在于:在不同温度下对这种人工肌肉进行预先热处理,可以使其在不同的温度范围内具有不同的、可逆或不可逆的驱动性能

  • 在可逆驱动范围内,它可以反复伸长、收缩,实现多种功能,比如开关小伞、拾取物品等;

  • 在不可逆范围内,它则可以一次性发生变形,实现掐灭火苗等其他功能。

南开大学胡晓宇博士为论文第一作者,南开大学刘遵峰教授、中国药科大学周湘副教授为共同通讯作者。

尼龙6纤维人工肌肉反复伸长、收缩,开关小伞

尼龙6纤维人工肌肉一次性收缩,掐灭火苗

人工肌肉的主体部分是由“尼龙6”或其他半结晶高分子纤维扭转而成的螺旋结构,在一定温度下对其进行热处理,即可赋予其在不同温度范围内的不同热驱动性能。例如,在180℃对其进行热处理后:

  • 驱动温度热处理温度时,人工肌肉为完全可逆模式;例如,将其反复升温至60℃、90℃或120℃温度,人工肌肉将完全可逆地反复伸长和完全回缩。

  • 驱动温度不超过但接近热处理温度时,人工肌肉为不完全可逆模式;例如,将其反复升温至150℃或180℃,人工肌肉也将反复伸长和回缩,但其回缩时所达到的长度大于其原始长度。

  • 驱动温度>热处理温度时,人工肌肉为完全不可逆模式;例如,将其升温至200℃后再降温,人工肌肉将一次性伸长而不会回缩。

在180℃进行热处理后,人工肌肉反复升温至不同温度时的长度变化模式

为进一步阐明这一过程中的“热力学-扭转耦合”原理,研究者还对过程中的结构变化进行了表征。结果显示,穿插在晶区间的无定形区的变化是多种驱动模式产生的关键。在温度驱动下,无定形区可以由受力相转化为自由相,如果在降温后自由相可以完全恢复为受力相,则驱动过程可逆,如果不能完全恢复、或完全不能恢复,则为不完全可逆或完全不可逆的驱动模式。

热力学-扭转耦合尼龙6人工肌肉纤维的结构演变:(a-d) 结构表征,(e)示意图。

实验显示,上述人工肌肉不仅可以实现多种驱动模式多种运动形式,还具有易于调控、做功能力和输出功率强、使用温度范围广泛等优点,可以在多种不同的情形下得到应用。以尼龙6人工肌肉为例,其测得的最大做功能力达到2.1 J/g,是天然肌肉的50多倍,最大输出功率为2.5 kW/kg,最大可收缩应变达到85%,在这些方面的性能综合指标超过多种其他类型的人工肌肉。

在文章中,作者展示的此类人工肌肉的多种应用场景,如封堵管道缺口、用作管道支架、熄灭火焰、开关小伞、拾取物品、构建蠕动机器人等。

尼龙6人工肌肉拾取物品

尼龙6人工肌肉构建蠕动机器人

螺旋尼龙6人工肌肉纤维(a)不可逆与(b-f)可逆驱动的应用

这项工作为新型智能材料提供了一种新的设计策略。


点击“阅读原文”阅读原文。

扩展阅读

 
【锂金属电池中间层】超长锯齿状氟化锂纳米纤维,抑制枝晶、提高性能 | NSR
石墨炔助力C-N偶联合成尿素:高选择性、高效率 | NSR
营造“界面微碱环境”,让CO2电还原反应更“全能” | NSR
竹节:高雅的多级纤维构造 | NSR
本文系网易新闻·网易号“各有态度”特色内容
媒体转载联系授权请看下方

微信扫码关注该文公众号作者

戳这里提交新闻线索和高质量文章给我们。
相关阅读
UIUC信息学院汪浩瀚老师课题组招收全奖博士生及合作者,计算生物学和可信机器学习方向博士申请 | 悉尼科技大学林进灯教授课题组招收人工智能全奖博士生脂质体膜遇上氧化铁:诱导肿瘤铁死亡,就是这么简单!| 白春礼/王春儒组NSR南方科技大学环境学院傅宗玫课题组 招聘研究序列教师、博士后、研究助理等东京美食没有最好如何在第一天掐灭感冒苗头“人造肉”可以拯救地球?“白肉”还是“黑肉”?你在硅谷没吃过的牙买加美食香港城市大学-机械工程系-张鹏教授课题组-招聘博士后、博士生和研究助理等博士申请 | 美国埃默里大学Fei Liu老师课题组招收NLP方向博士生最”宜居”的地方,“幸福”的真相我用Enscape调夜景灯光调到奔溃,你却告诉我可以一键生成!「百元级P药」在国内上市的希望,被辉瑞CEO掐灭|焦点分析香港城市大学机械系段鹏浩课题组招聘全奖博士,博士后,研究助理岁月河,岁月歌招聘|苏华课题组诚聘博士后养生系列 - (三)认识足太阳膀胱经 - 冬季临睡前暖坑等博士生申请 | UCLA电子与计算机工程系田园老师课题组招收博士生人工智能可通过30秒语音评估抑郁症——宇音数康、岳伟华课题组合作开发数字诊断项目丨最前线博士申请 | ​美国UIUC信息学院汪浩瀚老师课题组招收全奖博士生及合作者牛津大学甘家瑞课题组算法博弈论、多智能体系统方向博士生招募余宏杰课题组在肠道病毒A71型(EV-A71)感染的血清流行病学研究领域取得重要进展密歇根大学安娜堡分校令狐昌洋已在络绎科学开通课题组主页,Spatial Biodynamics Lab 招聘进行中我国已是“帕金森第一大国”!NEJM重磅研究:这种“无创疗法”可使70%帕金森患者显着改善症状!博后招募 | 北京航空航天大学丁铭教授课题组招聘人工智能方向博士后多媒体中心陈世峰课题组招募客座学生/实习学生"有困难可以反映,但绝不能限购停供"!三部门联合回应春节能源保供多伦多大学材料系邹宇课题组招2023年博士生和博士后北京大学赵晓续课题组已在络绎科学开通课题组主页,招聘进行中 | Show My Lab《四大名着》珍邮册,美到心醉,终于可以一次集齐了!储能器件也可以计算:一种新型的神经形态器件 | NSR博士申请 | 湖南大学张子兴教授课题组招收人工智能方向博士生霸王别姬LSTM之父招收博士生!阿卜杜拉国王科技大学(KAUST) Jürgen Schmidhuber课题组招生博士年薪30万起, 一次性65万安家房补; 硕士12-24万年薪, 一次性10万房补!
logo
联系我们隐私协议©2024 redian.news
Redian新闻
Redian.news刊载任何文章,不代表同意其说法或描述,仅为提供更多信息,也不构成任何建议。文章信息的合法性及真实性由其作者负责,与Redian.news及其运营公司无关。欢迎投稿,如发现稿件侵权,或作者不愿在本网发表文章,请版权拥有者通知本网处理。