Fatigue‐Resistant Mechanoresponsive Color‐Changing Hydrogels for Vision‐Based Tactile Robots

材料科学 韧性 光弹性 自愈水凝胶 机器人 复合材料 压力(语言学) 光学 光电子学 纳米技术 人工智能 计算机科学 物理 哲学 语言学 高分子化学 固体力学
作者
Jiabin Liu,Wei Li,She Yu,Sean Blanchard,Shaoting Lin
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
被引量:7
标识
DOI:10.1002/adma.202407925
摘要

Abstract Mechanoresponsive color‐changing materials that can reversibly and resiliently change color in response to mechanical deformation are highly desirable for diverse modern technologies in optics, sensors, and robots; however, such materials are rarely achieved. Here, a fatigue‐resistant mechanoresponsive color‐changing hydrogel (FMCH) is reported that exhibits reversible, resilient, and predictable color changes under mechanical stress. At its undeformed state, the FMCH remains dark under a circular polariscope; upon uniaxial stretching of up to six times its initial length, it gradually shifts its color from black, to gray, yellow, and purple. Unlike traditional mechanoresponsive color‐changing materials, FMCH maintains its performance across various strain rates for up to 10 000 cycles. Moreover, FMCH demonstrates superior mechanical properties with fracture toughness of 3000 J m −2 , stretchability of 6, and fatigue threshold up to 400 J m −2 . These exceptional mechanical and optical features are attributed to FMCH's substantial molecular entanglements and desirable hygroscopic salts, which synergistically enhance its mechanical toughness while preserving its color‐changing performance. One application of this FMCH as a tactile sensoris then demonstrated for vision‐based tactile robots, enabling them to discern material stiffness, object shape, spatial location, and applied pressure by translating stress distribution on the contact surface into discernible images.
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