A Graphene‐Mica‐Based Photo‐Thermal Actuator for Small‐Scale Soft Robots

变形 执行机构 材料科学 软机器人 机器人 纳米技术 机械工程 夹持器 刚度 稳健性(进化) 复合材料 工程类 计算机科学 人工智能 生物化学 化学 基因
作者
Ming Gu,T. J. Echtermeyer
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (28) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/smll.202311001
摘要

Abstract Small‐scale soft robots demonstrate intricate life‐like behavior and allow navigation through arduous terrains and confined spaces. However, the primary challenges in soft robotics are 1) creating actuators capable of quick, reversible 22D‐to‐3D shape morphing with adjustable stiffness, 2) improving actuation force and robustness for wider applications, and 3) designing holistic systems for untethered manipulation and flexible multimodality in practical scenarios. Here, mechanically compliant paper‐like robots are presented with multiple functionalities. The robots are based on photothermally activated polymer bimorph actuators that incorporate graphene for the photo‐thermal conversion of energy and muscovite mica, with its high Young's modulus, providing the required stiffness. Conversion of light into heat leads to thermal expansion and bending of the stress‐mismatched structures. The actuators are designed on the basis of a modified Timoshenko model, and numerical simulations are employed to evaluate their actuation performance. The membranes can be utilized for light‐driven programmable shape‐morphing. Localized control allows the implementation of active hinges at arbitrary positions within the membrane. Integrated into small‐scale soft robots in mass production, the membrane facilitates locomotion, rolling, and flipping of the robots. Further, grasping and kicking mechanisms are demonstrated, highlighting the potential of such actuators for future applications.
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