港中文《Bioinspiration & Biomimetics》:仿生章魚光磁雙刺激響應黏附墊,用于精細電子器件的遠程運輸

2021-12-03

仿生章魚吸附在操作精細物體等方面有巨大應用潛力。目前仿生章魚吸附基于外力、電或熱傳導等刺激方式調節吸盤內部壓強,從而賦予了其黏附性能。然而,目前常見的刺激策略中,粘附墊的強弱黏附能力轉換需要以接觸方式觸發、且大部分存在響應時間長的問題,因此,這些粘附墊難以快速執行在密閉空間內對物體的操作任務。

 

近日,香港中文大學張立教授課題組提出了一種光磁雙刺激響應黏附墊的設計思路。該黏附墊可以通過遠程光控方式快速調節黏附強度以拾放物體,并在外部磁場控制下實現運動與遞送功能。該成果以“A mobile magnetic pad with fast light-switchable adhesion capabilities” 為題發表于Bioinspiration & Biomimetics期刊。該文在意大利比薩圣安娜高等技術研究大學(Scuola Superiore Sant’Anna)Veronica Iacovacci博士、中國科學院深圳先進技術研究院徐天添研究員和杜學敏研究員的共同合作下完成。


 

圖1 光磁雙刺激-響應黏附墊的設計與機理(a)章魚吸盤的結構圖(b-c)黏附墊的設計及工作機理描述


光磁雙刺激-響應黏附墊是由具有微孔陣列的磁性彈性體基底和孔內溫敏水凝膠沉積層組成。通過在彈性體基底內摻雜四氧化三鐵與釹鐵硼顆粒,賦予其光熱效應與磁響應性能??變葔簭姷淖兓捎晒鉄嵝l的溫敏水凝膠沉積層收縮與膨脹進行調節。研究團隊采用面投影微立體光刻3D打印技術(nanoArch S130,摩方精密)高效、精準地實現了上述微孔陣列模具的制備(微孔直徑400μm,高400μm),并通過翻模技術制備了微孔陣列磁性彈性體基底。該黏附墊具有以下優點:


快速響應的黏附開關特性


 

圖3 黏附性能表征:(a)黏附墊的黏附力測試,(b)圖案化彈性體基底黏附力測試,(c)黏附墊與圖案化彈性體基底的黏附強度對比,(d)黏附墊重復性測試


快速響應的黏附開關特性。實驗結果表明該黏附墊的黏附強度可以通過遠程紅外激光按需調控,黏附強度最高可達12.2 kPa,并且強弱黏附的轉換在30秒內即可完成。


精細物體的遠程遞送

 

 

圖4 黏附墊運輸電子芯片通過曲折狹縫到達目的地


精細物體的遠程遞送。通過外加磁場,該光磁雙刺激響應的黏附墊可在狹隘空間內對脆弱的電子芯片進行安全可靠地定向運輸,在電子器件裝配等領域具有重要的應用前景。


綜上所述,該光磁雙刺激響應黏附墊表現出快速響應的黏附開關特性、顯著的黏附性能及對精細物體的遠程遞送能力。這種新型黏附墊有望廣泛應用于電子器件裝配等領域。


原文鏈接:

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-3190/ac114a

 

張立教授課題組主頁:
http://www.cuhklizhanggroup.com/

徐天添研究員課題組信息:
http://people.ucas.edu.cn/~xutiantian

杜學敏研究員課題組主頁:

http://dugroup.siat.ac.cn/index.php?s=/Show/index/cid/7/id/1.html

 

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