研究人员已开发出一种用于软体机器人的新型金属基材料。
一种名为“氧化石墨烯模板合成”的新工艺可制造这种用于软体机器人的新材料。
“折纸机器人”是最先进的软质柔性机器人，可用于人体内的药物输送、灾难环境中的搜救任务以及仿人机械臂。
由于这些机器人需要具备柔性，它们通常由纸张、塑料和橡胶等软质材料制成。为了实现功能，通常需要在其表面添加传感器和电子元件，但这些部件会增加设备的体积。
通过将铂等金属与燃烧后的纸张（灰分）相结合，这种新材料在保持传统纸张和塑料的可折叠性和轻质特性的同时，能力得到了增强。事实上，这种新材料的重量仅为纸张的一半，这也使其更加节能。
假肢与软体机器人
这些特性使这种新材料成为制造柔性轻型假肢的有力候选材料，其重量可比传统假肢轻多达60%。此类假肢能够提供实时应变传感，以反馈弯曲程度，从而让使用者实现更精细的控制并获取即时信息——而且无需外部传感器，否则这些传感器会给假肢增加不必要的重量。
这种轻质金属骨架至少比用于制造折纸机器人的传统材料轻三倍。它的能效也更高，使折纸机器人能够以少30%的能耗更快地工作。这种新材料还具有耐火性，适用于在恶劣环境中工作的机器人。该材料能够承受约800摄氏度（1,472华氏度）的燃烧，最长可达5分钟。
此外，这种导电材料具备按需地热加热的能力——向材料施加电压会使其升温，有助于防止机器人在寒冷环境中工作时结冰受损。这些特性有助于打造轻便、柔性的搜救机器人，使其能够进入危险区域，同时提供实时反馈和通信。
新材料的制造方法
研究人员通过一种名为“氧化石墨烯模板合成”的新工艺制造这种金属基材料。他们首先将纤维素纸浸入氧化石墨烯溶液中，然后再将其浸入含有铂等金属离子的溶液中。随后，材料在惰性气体氩气中以800摄氏度（1,472华氏度）燃烧，再在空气中以500摄氏度（932华氏度）燃烧。
最终产品是一层薄金属——厚度为90微米（μm），即0.09毫米——由70%的铂和30%的无定形碳（灰分）组成，柔韧性足以弯曲、折叠和拉伸。金和银等其他金属也可使用。
该研究成果发表于期刊Science Robotics。
团队负责人陈宝延在研究中使用了剪成凤凰形状的纤维素模板。“我们受到这种神话生物的启发。就像凤凰一样，它可以被烧成灰烬，然后重生，变得比以前更加强大。”新加坡国立大学化学与生物分子工程系助理教授陈宝延表示。
导电骨架
该团队的材料可作为机械稳定、柔软且导电的骨架，使机器人具备应变传感和通信能力，而无需外部电子元件。
材料具有导电性，意味着它本身就充当无线天线，使其能够与远程操作员或其他机器人通信，而无需外部通信模块。这拓展了折纸机器人的应用范围，例如作为远程控制的无束缚机器人在高风险环境（如化学品泄漏和火灾灾害）中作业，或充当人工肌肉或仿人机械臂。
“我们试验了多种导电材料，最终找到了一种独特的组合，能够实现最佳的应变传感和无线通信能力，”新加坡国立大学化学与生物分子工程系博士研究生、该研究第一作者杨海涛表示，“因此，我们的发明扩展了用于制造先进机器人的非常规材料库。”
陈宝延及其团队目前正致力于为金属骨架增添更多功能。一个颇具前景的方向是融入电化学活性材料，制造储能装置，使材料本身即为电池，从而实现自供电机器人。该团队还在试验铜等其他金属，这将降低材料的生产成本。
