东华大学李克睿研究员与马里兰大学Chen Po-Yen教授 AFM: 兼具红外动态伪装与环境感知的MXene软体机器人皮肤

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软体机器人兼具卓越的变形能力和优越的界面适应性，在近些年引起了广泛关注。然而，常用软材料（如水凝胶、弹性体）表现出有限的光学、电学和热性能，严重限制了软体机器人的多功能集成（如刺激响应、环境感知、信息传递），导致其难以执行复杂的类人任务。
图1. 头足类动物启发的可环境传感的红外伪装软体机器人皮肤

近期，东华大学李克睿研究员联合马里兰大学Chen Po-Yen教授，受海洋中头足类动物皮肤功能的启发（图1），耦合应变工程策略与低维Ti₃C₂T_x MXene材料独特的光电特性，通过MXene微折皱结构的构筑与尺寸控制，开发了可拉伸、可红外伪装、可环境传感的软体机器人皮肤。MXene微折皱纹理在可逆应变下表现出可控的红外吸收，赋予了仿生软体机器人皮肤可调谐的红外发射，实现了软机器人的动态热伪装（图2）；结合介电弹性体致动器的使用，完成了MXene红外伪装阵列的构筑，模仿了类头足动物皮肤表面分散的色素细胞（图3）。得益于固有的热电效应、压阻效应和高电导率，仿生机器人皮肤还分别具有热传感、应变传感、无线微波通信能力（图4），良好地模拟了头足类动物皮肤的多重功能。最后，通过简便、可放大的刷涂工艺，MXene皮肤被完美的装配在软体爬行机器人表面，两个穿着MXene皮肤的软体爬行机器人（“All-in-One”机器人）展示了自适应热伪装能力，能够在热成像摄像头的检测下主动隐藏自己（图5）。
该研究成果以“Thermal Camouflaging MXene Robotic Skin with Bio-Inspired Stimulus Sensation and Wireless Communication”为题发表于学术期刊《Advanced Functional Materials》，该工作是合作团队在微/纳多级折皱构筑与调控领域的又一发展方向（Advanced Energy Materials 2019, 9, 1901687; ACS Nano 2019, 14, 11860; Nano Energy 74, 2020, 104875; Matter 2020, 3, 2160; Advanced Energy Materials 2021, 11, 2101494; Nature Machine Intelligence 2022, 4, 89）。东华大学李克睿研究员为论文第一/通讯作者，美国马里兰大学Chen Po-Yen教授为共同通讯作者，新加坡国立大学的李志鹏与熊泽博士为论文共同第一作者。 
图2. 基于MXene微折皱结构的红外发射可调的软体机器人皮肤 
Figure 3. 头足类动物启发的基于介电弹性体致动器的红外热伪装阵列
 
Figure 4. 具有热/应变传感以及无线传输功能的MXene软体机器人皮肤
 
Figure 5. “All-in-one”软体机器人展现出实时的爬行与环境温度检测以及无线通讯能力

原文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202110534

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