《ACS Applied Polymer Materials》：具有优异力学性能和快速近红外光响应的4D打印仿生软体机器人

4D-Printed Bionic Soft Robot with Superior Mechanical Properties and Fast Near-Infrared Light Response

Xuemeng Xia, Jian Meng, Jingjing Qin, Guozheng Yang, Pengyang Xuan, Yunpeng Huang, Wei Fan, Yao Gu, Feili Lai*, and Tianxi Liu*

DOI: 10.1021/acsapm.3c02936

由刺激响应材料(如：液晶弹性体、形状记忆高分子和智能水凝胶)制备的致动器在推进仿生软体机器人的发展中显示出良好的应用前景。传统的软执行器通常是在模具内聚合完成，这限制了产品的结构，同时也增加了制造成本。新兴的4D打印利用3D打印技术来创建能够随外部刺激而变化的动态结构。因此，通过结合3D打印技术和刺激响应材料简单快速制备4D可变形结构在各种智能设备的应用中至关重要。

基于此，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授课题组受自然生物的启发，将3D打印与智能水凝胶相结合，制备了一种4D打印海星型仿生软体机器人(SBSR)。SBSR的主体由还原氧化石墨烯-聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶(rGO-PNH)组成，具有优异的力学性能。在3D打印过程结束后，氧化石墨烯纳米片的化学还原赋予rGO-PNH增强的光热转换效果。基于rGO-PNH制备的圆柱形致动器在近红外光照射20秒内迅速向光源弯曲，从而证明了rGO-PNH具有快速的光响应性。此外，4D打印的SBSR可以通过模仿海星的捕食行为，对物体进行有效抓取、提升和释放。这项研究将为刺激响应材料在4D可打印仿生软体机器人中的使用及其在仿生装置和人造肌肉等领域的应用提供见解。

论文连接：https://doi.org/10.1021/acsapm.3c02936