用化學蒸氣推機械爪抓放小球

　　沙特阿拉伯的科學家開發出了一種微型“抓球機”。當暴露于化學蒸汽環境下時，它能撿起和放下一個彈珠大小的球。這種新技術可以使軟致動器（機器中使機器移動的部件）在不需要額外昂貴材料的情況下，執行多種任務。相關研究近日發表于《化學》期刊。

　　現有的軟致動器只局限于一種類型的運動，但這種新型復合薄膜可以根據所接觸的蒸汽的不同，以不同的方式扭曲自身。“它可以根據分子相互作用而彎曲和拉伸，這在這個尺寸范圍內是非常復雜的。”論文作者、阿卜杜拉國王科技大學的化學教授Niveen M. Khashab說。

　　研究者希望將該發現用于開發能夠在各種環境中進行精確和適應性運動的先進軟體機器人系統，如醫療設備、工業自動化以及測量溫度、空氣質量和濕度等方面。

　　為了測試該機器執行多項任務的能力，研究者首先將其暴露在丙酮中，此時該裝置能抓住一個紅色棉球，并伸展把球扔進一個盒子里。當團隊將機器暴露在乙醇蒸汽中時，它能抓住棉球并將其從盒子中取出。

　　與硬機器人中的剛性致動器不同（可能是由金屬或堅韌的塑料制成的），軟致動器是靈活的，使得它們能夠執行一系列硬機器人無法執行的任務。因此，軟致動器已成為精密農業、深海勘探和可穿戴設備等尖端應用的首選技術。

　　但軟致動器仍然是有限的——它們可以彎曲、扭曲或拉伸，但不能以多種方式移動，這使得它們無法執行更復雜的任務，而這些任務將使它們具有更廣泛的用途。雖然研究人員正努力使設備的運動范圍更大，但其中許多策略都涉及到不同材料的組合，這使得它們成本高昂、制造難度大，同時增加了機械故障的風險。

　　為了克服這一挑戰，Khashab和同事們開發了一種由聚合物基質制成的機械爪，這種聚合物基質包含有機化合物尿素的分子籠。研究人員選擇尿素作為籠子，因為這種化合物可以形成多個氫鍵，當尿素分子暴露在不同的蒸汽分子中時，它們可以快速重新配置。因此，可以精確控制材料的屬性，使其易于改變。

　　研究結果表明，通過控制蒸汽刺激的類型和濃度，相關材料可以“有效地編程，以實現復雜的運動”。

　　“這項研究最引人注目的發現是獨特的驅動行為，即軟驅動器執行復雜的運動，包括彎曲、拉伸和恢復，在以前沒有報道過。”Khashab說。

　　下一步，研究人員計劃研究機械爪的能量密度，以及轉換能量效率，從而提高其性能。Khashab說，他們還將測試當軟驅動器與產生電荷的材料結合時產生電信號的能力，最終目標是開發柔性可穿戴電子設備。