美国科学家用3D打印研发4D材料制造分子机器

2017-03-28 15:29:34来源：天工社编辑：齐之越关键词：3D打印 3D打印材料 4D智能材料阅读量：27715

导读：近日，美国达特茅斯学院的科学家利用3D打印技术研发出一种4D智能材料，可以举起15倍于自身重量的物体，应用前景广阔。

　　【中国智能制造网技术前沿】近日，美国达特茅斯学院的Chenfeng Ke博士及其实验室用轮烷类化合物开发出一种超强的智能材料，并利用3D打印技术，使之成为一种纳米级的聚合物晶格立方体。这种4D材料能举起15倍于自身重量的物体，应用前景广阔。

　　轮烷类化合物是哑铃状分子，能够将光、热等形式的输入能量转化为分子运动。换句话说，它们会对外部刺激作出移动反应。它们也被称为纳米机器。

　　美国达特茅斯学院的Chenfeng Ke博士及其实验室用轮烷类化合物开发出一种超强的智能材料。通过3D打印这些纳米级分子，他们创造出这一种纳米级的聚合物晶格立方体，能举起15倍自身重量，这相当于一个人举起一辆汽车。

　　“我们的设计是基于一个被广泛研究的分子族——聚轮烷，”Ke博士解释说，“它们在一个分子轴上有多个环。在我们的新材料中，这些环是一种环状糖，而分子轴则是一种聚合物。如果我们提供一个外部刺激，如加水，这些原本随意来回穿梭的环可以相互粘合，形成一个管状阵列。当这种情况发生时，分子的刚度会被改变。这就像许多滑动的珠子被穿在一条绳上，从而让绳子坚固得像一根杆。”

　　Ke博士及其团队的目标是从数十亿个与水结合在一起的分子中构建一种聚合物。他说，让轮烷类化合物工作的难点在于，当这些纳米机器随机取向时，它们的环运动相互抵消，从而使其在宏观尺度上毫无用处。然而，3D打印它们使得研究人员可以控制它们的运动。

　　“通过整合3D打印技术，我们能将这些纳米级环的随机穿梭运动转化为可在宏观尺度上工作的智能材料，”Ke博士继续解释说，“将分子全部按正确的方向排列可放大其运动。当我们加水时，聚轮烷的环通过氢键粘在一起。随后，管状阵列以一种更有序的方式堆叠在一起。”

　　“当它们处于这种构造时，分子协调变得更容易。在这种基础上，我们成功打印出晶格状的3D结构。”

　　一旦结构打印出来，Ke博士的团队固化它们，然后让它们工作。由于带有中空的格子结构，这些3D打印立方体很容易变形和改造。通过使用一种溶剂作为催化剂，团队能随意切换分子的环结构的运动状态，从随意穿梭到静止，再重新回到随意穿梭。外行的说法是，通过添加和去除一种溶剂，他们能让立方体膨胀，从而举起一个物体，然后再让立方体还原到初形状。

　　研究人员用这种3D打印立方体举起了一个1.6毫米的小硬币，虽然听起来微不足道，但Ke博士说，这对让纳米机器在宏观上工作来说却是一大进步。

　　“我们希望科学家能用这种3D打印立方体来进一步开发智能材料和设备，”他总结说，“例如，通过为这种上升运动加入收缩和扭曲，这些分子机器可被用作柔性机器人，来执行类似于人类才能完成的复杂任务。”

　　(原标题：科学家3D打印出超强4D智能材料，可举起比自身重14倍的物体)

上一篇：合理设计PLC控制系统需要满足的五大要点

下一篇：Palo Alto Networks推出全新威胁防御功能

我要评论

禾赛科技与三家科技企业达成合作
禾赛科技的激光雷达与群核科技的空间理解模型 SpatialLM、空间智能解决方案 SpatialVerse 融合，可实现毫米级 3D 空间建模与物理属性智能标注。
激光雷达机器人仿真训练
2025-04-22 14:40:39
早报|OpenAI发布GPT-4.1；Hugging Face进军机器人领域
OpenAI推出了三款GPT-4.1系列模型GPT-4.1、GPT-4.1 mini和GPT-4.1 nano，该系列模型需要通过API使用；人工智能开发平台Hugging Face近日宣布收购法国人形机器人初创公司Pollen Robotics，进一步拓展其在机器人领域的布局......
GPT-4.1机器人
2025-04-15 10:49:57
全国首个！深开鸿发布基于开源鸿蒙机器人操作系统M-Robots OS
当前全球机器人产业面临严峻挑战：一方面，传统“Linux ROS”生态长期垄断市场；另一方面，国内企业技术路线碎片化，硬件、软件互不兼容，导致重复开发成本高、协同效率低下。
机器人开源鸿蒙机器人操作系统
2025-04-09 15:28:05
机器人年收入下降？身价5000亿巨头交出硬核财报！
美的集团2024财年年报显示，机器人与自动化业务年收入为287亿元，占营收比重7%，较上年同期的310.53亿元下降7.58%；毛利率为22%，同比下滑1.7个百分点。
美的集团机器人
2025-04-08 10:59:23
强强联合！人工智能如何推动机器人革命？
机器人已经存在了几十年，但传统机器人大多局限于预编程任务，缺乏灵活性和适应性。目前，人工智能正在彻底改变机器人技术，使其更智能、更适应性强、更高效。
AI技术机器人
2025-04-07 10:04:09
销量疯涨，售价狂跌！速腾聚创瞄准人形机器人能否破局？
速腾聚创依托产品稳定的质量及优异的性能表现。预期将成为Robotaxi商用车辆的主流配置之一，且获得规模可观的收入增长。
人形机器人机器人激光雷达
2025-04-02 13:40:00

版权与免责声明：

凡本站注明“来源：智能制造网”的所有作品，均为浙江兴旺宝明通网络有限公司-智能制造网合法拥有版权或有权使用的作品，未经本站授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的，应在授权范围内使用，并注明“来源：智能制造网”。违反上述声明者，本站将追究其相关法律责任。

本站转载并注明自其它来源（非智能制造网）的作品，目的在于传递更多信息，并不代表本站赞同其观点或和对其真实性负责，不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、平台或个人从本站转载时，必须保留本站注明的作品第一来源，并自负版权等法律责任。如擅自篡改为“稿件来源：智能制造网”，本站将依法追究责任。

鉴于本站稿件来源广泛、数量较多，如涉及作品内容、版权等问题，请与本站联系并提供相关证明材料：联系电话：0571-89719789；邮箱：1271141964@qq.com。