技術(shù)文章
Technical articles仿生章魚吸附在操作精細物體等方面有巨大應(yīng)用潛力。目前仿生章魚吸附基于外力、電或熱傳導(dǎo)等刺激方式調(diào)節(jié)吸盤內(nèi)部壓強,從而賦予了其黏附性能。然而,目前常見的刺激策略中,粘附墊的強弱黏附能力轉(zhuǎn)換需要以接觸方式觸發(fā)、且大部分存在響應(yīng)時間長的問題,因此,這些粘附墊難以快速執(zhí)行在密閉空間內(nèi)對物體的操作任務(wù)。
近日,香港中文大學張立教授課題組提出了一種光磁雙刺激響應(yīng)黏附墊的設(shè)計思路。該黏附墊可以通過遠程光控方式快速調(diào)節(jié)黏附強度以拾放物體,并在外部磁場控制下實現(xiàn)運動與遞送功能。該成果以“A mobile magnetic pad with fast light-switchable adhesion capabilities" 為題發(fā)表于Bioinspiration & Biomimetics期刊。該文在意大利比薩圣安娜高等技術(shù)研究大學(Scuola Superiore Sant’Anna)Veronica Iacovacci博士、中國科學院深圳*技術(shù)研究院徐天添研究員和杜學敏研究員的共同合作下完成。
圖1 光磁雙刺激-響應(yīng)黏附墊的設(shè)計與機理(a)章魚吸盤的結(jié)構(gòu)圖(b-c)黏附墊的設(shè)計及工作機理描述
光磁雙刺激-響應(yīng)黏附墊是由具有微孔陣列的磁性彈性體基底和孔內(nèi)溫敏水凝膠沉積層組成。通過在彈性體基底內(nèi)摻雜四氧化三鐵與釹鐵硼顆粒,賦予其光熱效應(yīng)與磁響應(yīng)性能??變?nèi)壓強的變化可由光熱效應(yīng)引發(fā)的溫敏水凝膠沉積層收縮與膨脹進行調(diào)節(jié)。研究團隊采用面投影微立體光刻3D打印技術(shù)(nanoArch S130,摩方精密)高效、精準地實現(xiàn)了上述微孔陣列模具的制備(微孔直徑400μm,高400μm),并通過翻模技術(shù)制備了微孔陣列磁性彈性體基底。該黏附墊具有以下優(yōu)點:
快速響應(yīng)的黏附開關(guān)特性
圖2 黏附性能表征:(a)黏附墊的黏附力測試,(b)圖案化彈性體基底黏附力測試,(c)黏附墊與圖案化彈性體基底的黏附強度對比,(d)黏附墊重復(fù)性測試
快速響應(yīng)的黏附開關(guān)特性。實驗結(jié)果表明該黏附墊的黏附強度可以通過遠程紅外激光按需調(diào)控,黏附強度最高可達12.2 kPa,并且強弱黏附的轉(zhuǎn)換在30秒內(nèi)即可完成。
精細物體的遠程遞送
圖3 黏附墊運輸電子芯片通過曲折狹縫到達目的地
精細物體的遠程遞送。通過外加磁場,該光磁雙刺激響應(yīng)的黏附墊可在狹隘空間內(nèi)對脆弱的電子芯片進行安全可靠地定向運輸,在電子器件裝配等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。
綜上所述,該光磁雙刺激響應(yīng)黏附墊表現(xiàn)出快速響應(yīng)的黏附開關(guān)特性、顯著的黏附性能及對精細物體的遠程遞送能力。這種新型黏附墊有望廣泛應(yīng)用于電子器件裝配等領(lǐng)域。
原文鏈接:
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-3190/ac114a
張立教授課題組主頁:
http://www.cuhklizhanggroup。。com/
徐天添研究員課題組信息:
http://people.ucas.edu.cn/~xutiantian
杜學敏研究員課題組主頁:
http://dugroup.siat.ac.cn/index.php?s=/Show/index/cid/7/id/1.html