研究人員報告說，他們開發了一種新型復合材料，旨在根據溫度改變行為，以執行特定任務。這些材料有望成為下一代與環境互動的自主機器人的一部分。

這項新研究由伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校土木與環境工程 教授 Shelly Zhang和研究生 Weichen Li 與休斯敦大學的 Tian Chen 教授和研究生 Yue Wang 合作進行，使用計算機算法、兩種不同的聚合物和 3D打印對材料進行逆向工程，該材料可以在有或沒有人為干預的情況下響應溫度變化而膨脹和收縮。

研究結果發表在《科學進展》雜志上。

“創造一種能夠根據環境以特定方式做出反應的材料或設備，僅憑人類直覺來概念化是非常具有挑戰性的——設計的可能性有很多，”張說。“因此，我們決定使用計算機算法來幫助我們確定材料和幾何形狀的最佳組合。”

該團隊首先使用計算機建模來概念化兩種聚合物復合材料，該復合材料可以根據用戶輸入或自主感應在不同溫度下表現不同。

“在這項研究中，我們開發了一種材料，它在低溫下表現得像軟橡膠，在高溫下表現得像硬塑料，”張說。

一旦制成有形設備，該團隊就測試了新型復合材料響應溫度變化的能力，以執行一項簡單的任務——打開 LED 燈。

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“我們的研究表明，設計一種具有智能溫度傳感功能的材料是可能的，我們預計這在機器人技術中非常有用，”張說。“例如，如果溫度變化時機器人的承載能力需要改變，那么材料就會‘知道’調整其物理行為以停止或執行不同的任務。”

張說，該研究的特點之一是優化過程，幫助研究人員插值所需的兩種不同聚合物材料的分布和幾何形狀。

“我們的下一個目標是使用這項技術為材料的編程或自主行為增加另一個層次的復雜性，例如感知來自另一個物體的某種撞擊速度的能力，”她說。“這對于機器人材料了解如何應對現場的各種危險至關重要。”

國家科學基金會支持這項研究。