研究人员报告说，他们开发了一种新型复合材料，旨在根据温度改变行为，以执行特定任务。这些材料有望成为下一代与环境互动的自主机器人的一部分。
这项新研究由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校土木与环境工程 教授 Shelly Zhang和研究生 Weichen Li 与休斯敦大学的 Tian Chen 教授和研究生 Yue Wang 合作进行，使用计算机算法、两种不同的聚合物和 3D打印对材料进行逆向工程，该材料可以在有或没有人为干预的情况下响应温度变化而膨胀和收缩。
研究结果发表在《科学进展》杂志上。
“创造一种能够根据环境以特定方式做出反应的材料或设备，仅凭人类直觉来概念化是非常具有挑战性的——设计的可能性有很多，”张说。“因此，我们决定使用计算机算法来帮助我们确定材料和几何形状的最佳组合。”
该团队首先使用计算机建模来概念化两种聚合物复合材料，该复合材料可以根据用户输入或自主感应在不同温度下表现不同。
“在这项研究中，我们开发了一种材料，它在低温下表现得像软橡胶，在高温下表现得像硬塑料，”张说。
一旦制成有形设备，该团队就测试了新型复合材料响应温度变化的能力，以执行一项简单的任务——打开 LED 灯。
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“我们的研究表明，设计一种具有智能温度传感功能的材料是可能的，我们预计这在机器人技术中非常有用，”张说。“例如，如果温度变化时机器人的承载能力需要改变，那么材料就会‘知道’调整其物理行为以停止或执行不同的任务。”
张说，该研究的特点之一是优化过程，帮助研究人员插值所需的两种不同聚合物材料的分布和几何形状。
“我们的下一个目标是使用这项技术为材料的编程或自主行为增加另一个层次的复杂性，例如感知来自另一个物体的某种撞击速度的能力，”她说。“这对于机器人材料了解如何应对现场的各种危险至关重要。”
国家科学基金会支持这项研究。
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