赋予软体机器人损伤恢复功能可提高其对各种恶劣环境的适应能力。近日，南洋理工大学Pooi See Lee团队通过将液态金属纳米粒子（LMNPs）引入到羧基聚氨酯弹性体中，提高了弹性体介电常数同时赋予其高光热转换效率。光热效应不仅可以软化弹性体从而降低DEAs的驱动电场，而且光电协同驱动软体爬行机器人可以提高其能量密度并实现较大的爬行步幅。此外，光热效应可用于加速聚合物链的热扩散，以便在断裂的界面上更好地重聚和愈合。LMNPs还可以通过破坏聚合物链羧基官能团之间的强氢键来降低拓扑重排的能量势垒，使得该液态金属复合材料可以在较低的温度（100℃）下和较短的时间（15 min）内回收。相关工作以“ for ”为题发表在《》上。
图1 .LMNPs和PULM纳米复合材料的材料表征（PULMX, X表示LMNPs的wt%)。（a）弹性体的化学结构；（b）大块液态金属有银色光泽及超声干燥后的LMNPs呈现深灰色；（c）LMNPs的SEM图像；（d）LMNPs尺寸分布直方图；（e）在0分钟和480分钟时，在弹性体衬底上液态金属的接触角；（f）氮气气氛中LMNPs和PULM纳米复合材料的DSC曲线，随着LMNPs浓度的增加，熔解焓从35.0 J/g下降到13.6 J/g；（g）LMNPs和PULM纳米复合材料的的大角度X射线散射比较，表明LMNPs对PULM0聚合物的结构和结晶性质具有破坏作用。（h）PULM纳米复合材料的小角度X射线散射比较。
图2.PULM纳米复合材料的力学、光热学和光力学性能。（a）PULM纳米复合材料的应力-应变曲线；（b） PULM纳米复合材料的弹性模量和机械韧性。（c）在第一次应力-应变测量后，当PULM纳米复合材料被拉至100、500和1000%应变时的滞回面积，插图显示100%应变时的滞回区；（d）在100%应变条件下，PULM纳米复合材料循环应力-应变曲线在延迟1 min和180 min后的滞回面积；（e）阿伦尼乌斯拟合，斜率表示弛豫活化能；（f）PULM0和的温度变化曲线；（g）PULM0和在不同强度近红外光下照射150 s的红外图像；（h）近红外光照射10s后PULM0和的存储模量（ΔE '）随近红外光强的变化；（i）的存储模量（ΔE '）随时间的变化，在以0.05 Hz的频率打开和关闭近红外灯10个周期后，然后冷却100 s。
图3. 自愈合能力和可回收性。（a）在不同近红外光强下30 min后恢复的韧性；（b）在0.2 W cm−2的近红外光照下，不同愈合时间下恢复的韧性；（c）在0.2W cm−2的近红外光照射下，损伤图像和120分钟后愈合的图像；（d） PULM0和废料在100°C热压15分钟前后的图像。PULM0回收失败，而成功回收成薄膜；（e）多次回收后的应力-应变曲线。
图4.DEAs的性能表征。（a） PULM纳米复合材料的介电常数和介电损耗；（b）不同电压下的应变面积；（c）机械损伤(切成碎片)和电损伤(介电击穿)回收后面积应变；（d）在电极区域观察到介电击穿导致的孔；（e）击穿部位经过回收处理前后的图像；（f）介质击穿后回收的薄膜可拉伸至250%，无任何孔和损坏；（g）总结了各种DEA器件在机械(固体符号)或电损伤(空心符号)后愈合区域应变与电场的关系。
图5 光电协同刺激介电弹性体驱动器。（a）电场和近红外光驱动共同刺激 DEAs；（b）在（i）原始状态（ii）电场单独驱动和（iii）电场和近红外光同时驱动下的俯视图和侧视图像；（c）0.1 Hz电场和近红外光同时驱动 DEA循环驱动；（d）总结了利用填料的EDAs应变面积与电场的关系；（e） DEMES（介电能量最低结构）分别受电场驱动以及同时受电场和0.2 W cm−2的近红外光强驱动；（f）电场驱动 DEMES产生的力；（g）单独受电场45 V μm−1（蓝色）或近红外光强0.2 W cm−2（红色）驱动，电场和近红外光共同驱动（绿色）时 DEMES的力输出；（h）在电场强度为35 V μm−1（蓝色）或近红外光强度为0.4 W cm−2（红色）单独驱动以及电场和近红外光共同刺激（绿色）时， DEMES的力输出；（i） DEMES在不同电场和近红外光共驱动下的能量密度。
图6. DEMES爬行机器人的运动分析。（a）DEMES软体机器人爬行运动原理示意图及图像。（a）当施加电压(V)时，躯体变平并扩展以产生垂直位移(Δy)和横向位移(Δx)。在电压被移除后，来自弯曲的PET前腿的不对称摩擦使履带器能够向前爬行；（b）利用近红外光作为二次控制来增加爬虫的步幅的原理图和图像，有较大的Δx和Δy；（c）运动过程中的Δy和Δx。首先，在电场强度为35 Vμm−1、频率为1 Hz的条件下进行驱动；之后，在相同的电场驱动下，连续施加0.4 W cm−2的近红外光。当应用近红外光时，增强的步幅导致了更大的行走距离。（d）35v μm−1以1hz的频率驱动爬行器在低隧道（宽50mm ×长5mm ×高18mm）下爬行的图像。当爬行者接触到隧道（40秒）时，它首先会根据隧道柔软和灵活的特性（40 - 70秒），尝试调整自己的身体，以便在隧道下面爬行。由于爬行器的高度较大，它最终会卡在隧道中。当应用近红外光时，由于爬行过程中产生了较大的垂直位移，爬行器能够释放自身在隧道中爬行。
参考文献：Tan, M.W.M., Bark, H., , G.et al. for soft .Nat , 6769 (2022).
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