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2018年01月23日 | 新技术让软体机器人的生产变得更简单
2018-01-23 来源：微迷网
通过压力把橡胶和塑料紧紧粘在一起，内布拉斯加大学林肯分校的化学家们简化了小型流体输送通道的生产，这些通道可以驱动软机器人的运动，并能够在微观尺度上进行化学分析。
这项技术在有机硅和前所未有的塑料之间创造了更强的化学键，可以大大减少生产和定制微流体设备所需的时间、复杂性和费用。
化学助理教授Stephen Morin表示，“我们非常兴奋，因为我们提供的技术能够以简化的方式成功整合不同的材料，并支持大量的实际应用。我们认为这确实能给社会带来新的机会。”
在展示这些机会的过程中，他们使用一个基本的软件程序来设计微流控网络和一个标准的激光打印机，将这些通道映射到一个透明的Mylar薄片上。研究人员将塑料片暴露在紫外线下并将其浸入溶液后，研究人员将片材放在硅胶膜上并加热。
塑料和硅胶牢固地结合在一起，除了打印机油墨标记的路径之外。当团队将空气或液体泵入这些未结合的部位时，流体以所施加的压力所决定的速度流过它们，这些压力比以前的粘接技术所承受的压力高几倍。
软体机器人和微观实验室
微流体网络可适应多种液体的流动和混合，基本上充当分析化学技术的微观实验室，否则需要诸如烧杯的传统设备。通过微流体通道的气流还可以控制软机器人手臂、夹具和远程手术、空间探索和食品加工的零部件组件的运动。
Morin说：“我使用的比喻是：你宁愿有某种柔软的抓手对你进行手术，或者你愿意让终结者这么做。当终结者这样做的时候，如果在控制反馈环路中出现了问题，那么就有一个很大的问题，但是当你使用软体机器人手爪的时候，如果出现问题，失败的时候也只会像泄气的气球一样。”
制造商通常将经过定制的掩模通过光投影到化学处理的表面上，然后将该图案复制到橡胶中，最后在用塑料或玻璃覆盖通道之前模制通道来创建微流体模式。但许多研究人员必须将他们的设计发送到专门的生产结构，经常等待一两个星期后才能拿到模具。哪怕是稍微修改一下设计，可能意味着又一两个星期的等待。
相比之下，内布拉斯加大学的团队只需要一小时就可以生产出具有微流控网络的塑料硅段。与传统的将硅胶粘接在一起的方法不同，这个团队的技术使得它能够包含大量价格便宜、易于接触的商品塑料 - 价格便宜，而这些品种之前是无法与硅胶粘合的。
Morin说：“我们对为什么塑料可以使用的原因有限，以及化学方面正在发生什么导致这种限制的问题感兴趣。我们惊讶地发现，没有人真正彻底地对待过这个问题，我们退后一步说：‘我们如何鼓励表面化学的行为，给我们提供非常可靠、有力的纽带呢？’”
“之前做过这种事情的人依靠低压力和开放式的设计，所以他们确实没有推进传统微流体技术的制造工艺。在这里，化学的研究方法是...我们可以直接访问这些应用，打印微流控设备，打印软体机器人设备。”
折痕和Sharpies
Morin和他的同事们还展示了其粘合技术所带来的其他优点。研究小组发现，在用硅树脂粘合之前对Mylar片材进行压痕可以调整机器人手臂和夹具的运动。例如，以90度的角度折叠几次，使得手臂更加卷曲。以45度的角度对其进行折痕，会使手臂左右扭曲，这取决于研究人员将其折叠的方向。Morin说，这种多功能性的水平远远超过了现有方法所提供的水平。
由于油墨可以防止硅胶和塑料粘合，所以该团队还将已经打印好的添加微流体通道的薄片修改为现有的设计，只需用标记进行绘制即可。Morin说，这种能力，加上相对容易的生产，可以使技术吸引教育工作者和科学的外联小组。
他说：“我们认为这是一个有趣的机会，可以进一步简化流程，在这个过程中，您可以将某种模板发送给不同的教育组织或研讨会。因为你真的只需要一个烤箱和一个（紫外线）光源，所以你可以让这些小组探索这种技术，他们可以用Sharpie来定制它。”
该团队已将研究成果发表在《先进材料》杂志上。
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