近日,M4团队侯立凯老师和2021级硕士研究生梁仲君在仪器仪表领域T1级期刊Sensors and Actuators B: Chemical(IF 8.4,中科院1区)上发表了题为“Bioinspired self-coiling Janus microfiber actuators for micro-lifter and humidity sensing”的研究论文,报道了基于微流控纺丝的自螺旋纤维仿生微致动器的研究,包福兵教授为通讯作者。
仿生致动器是仿照生物体的生命活动而设计的,在外界刺激下主动形变进而实现运动,这类致动器即是传感器,也是执行器和控制器。当前仿生植物卷须卷曲的变形行为制作的致动器仍存在制作方法复杂、致动性能及机械性能差等不足。因此,我们提出了一种简单的微流控纺丝方法,用于制作自螺旋Janus微纤维致动器,将多组分水凝胶纤维的水合脱水原理引入到自螺旋微纤维致动器制造中,并制作了微起重器和湿度传感器,该致动器具有形态可调、自螺旋特性和可逆牵引性能。通过调整水凝胶Janus纤维的组分,在脱水过程中由于不对称收缩,可以自发地快速卷曲成均匀线圈,并得到了三种不同螺旋直径的不同形式的卷曲纤维。此外,具有吸湿特性的螺旋Janus微纤维在湿度梯度下具有可逆的卷绕/解卷性能。在水接触和近红外光的光热刺激下,也可以实现了局部可逆的卷绕/解卷变形。本研究表明,在连续和可逆的多重刺激下,螺旋微纤维致器具有高度可控和可靠的性能,这对可穿戴电子、软机器人和能源采集等领域的工程应用具有重要意义。
此项工作得到浙江省自然科学基金(No.LY22A020005)、国家自然科学基金(No.12272367)、中国博士后科学基金资助项目(No.2022T150283,No.2021M701536)浙江省重点研发计划项目(2021C01099)及浙江省省属高校基本科研业务费项目(No.2021YW71)的支持。