可折叠、可运动、可感知的石墨烯材料将赋能下一代软体机器人

超薄氧化石墨烯片可像折纸般折叠与运动，赋予软体机器人感知与控制运动的能力。

麦吉尔大学工程师研发出一种可自主运动、折叠并重塑形态的超薄材料，为软体机器人与自适应设备开辟了新前景。该研究利用氧化石墨烯薄膜模拟动态折纸行为，使平面薄片能变形为可行走、扭转、翻转并感知运动的结构。

此项研究由麦吉尔大学生物资源工程系的哈米德·阿克巴尔扎德与采矿与材料工程系的玛尔塔·切鲁蒂共同主导。他们的目标是突破长期制约氧化石墨烯驱动器实际应用的技术瓶颈。

切鲁蒂指出：“氧化石墨烯薄膜对下一代软体机器人和自适应驱动器极具潜力，但其实际应用仍受限——材料脆性大、难以规模化生产，且无法实现复杂或可编程运动。”为此，团队开发出兼具强度与柔韧性的氧化石墨烯薄膜。这种类纸薄片可折叠成折纸启发的结构而不断裂，同时保持机械稳定性，使其适用于需在人体周围安全作业、无需刚性部件或重型马达的软体机器人。

研究人员证实，折叠后的氧化石墨烯结构可被编程以响应日常环境触发因素，从而实现无需导线、电池或笨重硬件的受控运动。

折纸与软体机器人的融合

在一项研究中，类折纸结构可直接响应湿度变化：遇湿时折叠形态展开，干燥时重新闭合。这种可逆运动使材料能作为完全由环境条件驱动的驱动器。另一项研究中，团队将微型磁性颗粒嵌入类似结构的氧化石墨烯折纸中，使折叠材料可通过外部磁场远程操控。该方法实现了无需物理连接的转向与运动，拓展了材料适用环境范围。

这两种控制策略表明，同一基础材料可适配不同用途——从在人体精密内部空间导航的医疗器械，到响应温湿度变化的智能包装。

超越运动：集成传感能力

氧化石墨烯层还具备另一关键特性：其导电性随材料弯曲或折叠而改变，使结构能在运动中感知自身形变。研究人员发现，这种自感知行为让材料可同时作为驱动器与传感器，无需额外传感部件，降低了系统复杂性与体积。

阿克巴尔扎德表示：“这些进展使氧化石墨烯超材料具备稳健性、可重构性与多功能性，能实现复杂运动、用户定义的形态变化、集成传感与实时反馈，标志着首类可重构传感驱动器超材料的诞生。”

自我感知的材料

运动、传感与可重构性的结合，使这类氧化石墨烯折纸材料成为新一代软体机器的核心构建单元。潜在应用包括在人体内温和移动的医疗设备、自适应皮肤的穿戴系统，以及专为狭小或敏感环境设计的小型机器人。

研究还表明，该材料可实现规模化生产，攻克了长期阻碍软体机器人发展的关键障碍。通过依赖简单折叠薄片而非复杂组装体，该技术为实际应用提供了可行路径。

相关成果已发表于《材料视界》与《先进科学》期刊。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！