Fracture-driven power amplification in a hydrogel launcher

断裂(地质) 材料科学 复合材料 功率(物理) 纳米技术 物理 量子力学
作者
Xin Wang,Chengfeng Pan,Neng Xia,Chong Zhang,Bo Hao,Dongdong Jin,Lin Su,Jinsheng Zhao,Carmel Majidi,Li Zhang
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:23 (10): 1428-1435 被引量:38
标识
DOI:10.1038/s41563-024-01955-4
摘要

Robotic tasks that require robust propulsion abilities such as jumping, ejecting or catapulting require power-amplification strategies where kinetic energy is generated from pre-stored energy. Here we report an engineered accumulated strain energy-fracture power-amplification method that is inspired by the pressurized fluidic squirting mechanism of Ecballium elaterium (squirting cucumber plants). We realize a light-driven hydrogel launcher that harnesses fast liquid vapourization triggered by the photothermal response of an embedded graphene suspension. This vapourization leads to appreciable elastic energy storage within the surrounding hydrogel network, followed by rapid elastic energy release within 0.3 ms. These soft hydrogel robots achieve controlled launching at high velocity with a predictable trajectory. The accumulated strain energy-fracture method was used to create an artificial squirting cucumber that disperses artificial seeds over metres, which can further achieve smart seeding through an integrated radio-frequency identification chip. This power-amplification strategy provides a basis for propulsive motion to advance the capabilities of miniaturized soft robotic systems.
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