香港中文大学冯伟/何奇洸/张立AM综述：基于液晶聚合物的物理智能软体机器人与制动器

高分子科学前沿 · 公众号 · · 2024-02-23 07:39

正文

响应性材料具有自主感知和对各种外部刺激做出反应的固有能力，展示了一定的物理智能。在众多响应性材料中，液晶聚合物（LCPs）以其显著的可逆响应形态变化特性以及在软机器人领域中的潜力而脱颖而出。近期，香港中文大学冯伟、何奇洸助理教授和张立教授共同在 Advanced Materials 期刊以 Embedded Physical Intelligence in Liquid Crystalline Polymer Actuators and Robots为题目全面概述了利用液晶聚合物（LCPs）开发具有物理智能的制动器和机器人的最新进展。该综述围绕刺激条件展开，根据基本的控制和刺激逻辑进行分类，论述了三个主要类别：对变化刺激作出反应的系统，受恒定刺激驱动的系统以及具备学习和逻辑控制能力的系统。此外，文章还概述了这一充满活力的领域未来需要解决的挑战。

单调响应：利用手动改变的刺激来驱动液晶聚合物（LCPs）进入离散状态的响应性LCPs

直接致动方法涉及施加刺激以诱导致动状态，然后通过停止刺激来取消致动。这个过程导致两种明显的状态：致动状态和未致动状态。这种驱动模式一般需要手动改变外界的刺激响应如温度、湿度和磁场等实现。

图：光、热、磁响应性液晶聚合物制动器

图：电、湿度、力响应性液晶聚合物

第二种响应：在外界刺激作用下系统进行持续震荡或振动

除了手动改变刺激并触发两种（或多种）不同的离散致动状态外，更高层次的驱动是通过计算机辅助微控制器单元触发连续的致动变化或触发变形。可以看到，刺激响应性液晶聚合物（LCPs）的研究趋势已经经历了从开发新型变形模式和新型响应性材料到面向应用的设计，以创建适用于特定实际场景的响应性系统和设备。应用场景涵盖各个领域，从自清洁、微流控、智能可穿戴设备到智能窗户等。为了实现其他真实和实际的应用场景，需要研发更多功能单体，并研发更多的取向方法和结构设计以丰富液晶执行器的变形模式。