新机制提升柔性设备性能：柔性机器人和微型胶囊的未来
在5月15日发表在《物理评论快报》上的一项新研究中，弗吉尼亚理工大学的研究团队揭示了一种新的微观现象，这种现象有望极大地提高柔性设备的性能。这些柔性设备包括敏捷的柔性机器人和用于药物输送的微型胶囊。
加速水凝胶的膨胀与收缩
研究团队提出了一种新物理机制，可以显著加速水凝胶的膨胀和收缩。这一发现为水凝胶取代传统用于制造柔性机器人的橡胶材料提供了可能性，使得这些人造材料能够以接近人手的速度和灵巧度移动。
柔性机器人的应用现状
目前，柔性机器人已经在制造业中得到了应用。例如，一个类似手的设备被编程为从传送带上抓取物品（如热狗或肥皂）并将其放入包装容器中。然而，这些设备依赖液压或气动系统来改变“手”的形状，以拾取物品。这种方法虽然有效，但也存在一定的局限性。
水凝胶的优势
水凝胶，主要成分是水，与我们的身体类似，广泛存在于食物果冻和剃须凝胶中。新研究发现了一种方法，可以让水凝胶更快地膨胀和收缩，从而提高它们在不同环境下的灵活性和应用能力。
渗透作用的启示
弗吉尼亚理工大学的科学家们研究了生物体如何利用渗透作用进行各种活动，如爆裂种子、在植物中传播果实或在肠道中吸收水分。通常，渗透作用被认为需要一层半透膜，水可以通过而较大的分子（如聚合物）无法通过。然而，研究人员发现，即使在没有选择性的水凝胶薄膜中，渗透作用仍然可以发生。
新理论：扩散电泳膨胀
研究人员提出了一种新理论来解释他们的观察结果。这种理论表明，当水凝胶内部释放的离子不均匀分布时，离子与聚丙烯酸之间的微观相互作用会导致水凝胶膨胀。他们将这种现象称为“水凝胶的扩散电泳膨胀”。这种新机制使水凝胶的膨胀速度显著加快。
重要性与应用前景
当前的柔性敏捷机器人通常使用橡胶材料，这些材料通过液压或气动系统来改变形状，但这种方法存在一定的局限性。相比之下，水凝胶由于其类似生物组织的特性，可以通过离子的运动实现更快、更灵活的形变。
未来的应用
研究团队表示，这一过程使得水凝胶能够更快地改变形状，并在较大的柔性机器人中比以前更快地恢复原状。目前，只有微观尺寸的水凝胶机器人能够快速响应化学信号并发挥作用，而较大的水凝胶机器人则需要数小时才能改变形状。通过采用新的扩散电泳方法，研究人员希望一厘米大小的软机器人能在短短几秒钟内变形，这还有待进一步研究。获取更多有价值信息 访问：https://byteclicks.com
改善生活的潜力
这种快速响应的大型敏捷柔性机器人有望在多个领域带来显著改进，包括医疗保健中的辅助设备、制造业中的“拾取和放置”功能、搜索和救援行动，以及护肤化妆品和隐形眼镜的应用。
