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智能塑料再得一分，浙大學者制造“萬能抓手”
代替人工來進行物體搬運，我們通常會想到機械臂，它們的抓手可以輕松拿起我們想要移動的物體，并快速而準確地放在應在的位置上。在制作業(yè)向智能化轉變的當下，這種技術應用已經司空見慣，不過抓手并不一定都是機械裝置，有記憶的塑料也可以當好搬運工。
日前浙江大學航空航天學院的宋吉舟教授帶領的團隊提出了一種新的抓手概念，他們稱其為“萬能抓手”，可以把目標物體“鎖”在體內，輕松地抓放1微米到1米大小多種形狀的物體。不過，雖然號稱是萬能，但這抓手的組成結構并不復雜，其載體僅僅是一塊名為“智能塑料”的形狀記憶聚合物材料。
形狀記憶聚合物是一類新型的功能高分子材料，屬于高分子材料研究、開發(fā)、應用的一個新的分支，可兼具塑料與橡膠的特點。目前，形狀記憶聚合物已經有了頗為廣泛的應用，如智能織物、電子包裝管的熱收縮膜、航空器太陽能翻版展開結構、智能醫(yī)藥器件等。
這種材料的神奇之處在于，通過光、熱等外部刺激可以控制該聚合物的性狀，能夠在軟硬之間變換。當其受到一定的外力作用時，它可以保持當下的變形程度，再通過改變外部刺激條件令其復原，以此實現(xiàn)對物體的抓取和放置。
而該項研究正是基于此現(xiàn)象，科研人員在形狀記憶聚合物柔軟的狀態(tài)下，將物體或物體表面結構嵌入其中，再通過轉換刺激條件，令聚合物轉化為剛硬狀態(tài)，保持嵌入狀態(tài)的臨時形狀，從而實現(xiàn)將物體抓取，然后在完成轉移工作之后，通過再一次施加外部刺激，將聚合物恢復到初始狀態(tài)，釋放抓取的物體，這樣就完成了一次搬運。在這過程中，作為“抓手”的聚合物可以通過任意改變形態(tài)來實現(xiàn)對不同物體的抓取，堪稱“萬能鎖”。
宋吉舟教授介紹說，這把“萬能鎖”可以在典型的三維結構物體上產生很大的抓力，包括球體、方塊、管狀物體、螺栓、螺母、棗核、鑰匙串等；不僅如此，它還能粘附在物體表面，像壁虎一樣，不論物體表面光滑還是粗糙。
這種新的搬運方式也引起了科學家對于探索其應用領域的興趣，他們將物體的尺寸縮小到微觀尺度來觀察抓手的搬運效果，而在該條件下，物體受到的表面力，特別是與抓手的粘附作用強，為物體的釋放帶來更大的挑戰(zhàn)。
科學家的應對之策是，通過對聚合物表面鍍上一層特殊材料或增加接觸表面的粗糙程度，減弱聚合物表面粘附力，僅將物體或物體表面結構鎖在其內部。這樣一來，在不依賴于粘附力的情況下，不僅實現(xiàn)對微小的部件的準確搬運操作，也可以很好地解決粘附力在物體釋放時帶來的困擾，即使是75微米大小的不規(guī)則鐵顆?；蛘呤侵睆?0微米的二氧化硅球，也能順利從該抓手上得到釋放。
宋吉舟教授表示，在柔性電子制備中，微觀元器件的快速組裝工序十分重要，即把制備基底上數(shù)以萬計甚至更多的微納元器件轉移到柔性的使用基底上。目前常用的方法是通過粘附作用來實現(xiàn)對這些元器件的一次性抓取，但是釋放的時候粘附也同時變成了限制因素。而在“萬能抓手”的場景之下，微觀元器件的轉移可以擺脫粘附作用，這一研究也為柔性電子的制備提供了一種新思路，對于推進柔性電子的工業(yè)化進程有很大幫助。
