从工业机械到机器人，现代机电设备的复杂性和复杂性急剧增加。随着复杂的功能日益被破解，设备所需的组件数量不可避免地会增加。不可否认，这些进步令人印象深刻，但体积庞大和大量组件是这些设备“小型化”和成本效益的主要障碍。

 

但是，如果我们找到一种更智能的方法来建造它们，杏耀历史而不是使用多个笨重的组件，会怎么样呢?在最近发表在《科学报告》上的一项研究中，包括前田真ingo教授、毛Zebing博士(芝浦理工学院智能材料实验室)和Vito Caccuciolo博士(洛桑联邦理工学院微工程研究所软传感器实验室)在内的科学家们正在进行这项研究。科学家们探索了将机电设备的各种组件——比如电源、驱动器和控制系统——简化为一块水凝胶的可能性。在这个过程中，他们成功地创造了一种仅由振荡化学反应驱动的自驱动微流体泵，成功地产生了“加压油”(代表机械工作)。领导这项研究的Maeda教授说:“我们提出了一种新颖的方法，利用单组分自振荡水凝胶和薄膜来实现简单的泵送功能。”

 

在他们的研究中，科学家们专注于一种独特的振荡化学反应，它属于“Belousov-Zhabotinsky”(BZ)类反应。传统上，化学反应包括反应物产生产物达到平衡状态。但是，涉及溴和一种氧化剂的BZ反应，会产生一个永远达不到化学平衡的体系;相反，杏耀注册 ，它在不同的状态之间来回切换。在此之前，研究人员已经观察到含有BZ反应的水凝胶和其他聚合物(称为“BZ凝胶”)能够自主运动，因为该反应会引起轻微的周期性结构变化，因此在机电学应用中显示出很大的潜力。但是，到目前为止，它们的实际应用一直具有挑战性。前田教授解释说:“之前报道的BZ凝胶显示出非常小的位移，而且只在化学浴中进行测试，这显然限制了它们的潜在应用。”

 

在这项新研究中，科学家们使用一种新的方法克服了这一障碍，由于采用了一种创新的方法，这种方法更有前景。Maeda教授解释了他们的方法:“首先，我们生产BZ凝胶并预拉伸它们，这增加了在每个BZ循环中可以提取的机械功。然后，整个凝胶和它周围的化学溶液被完全封装。最后，凝胶的膨胀和收缩所产生的机械功通过可拉伸膜的变形传递给外部的油。这样的结果就是一个完全由振荡反应驱动的自驱动泵，它可以像机器的人工“心脏”一样来回移动液体，并以加压油的形式产生机械工作。科学家们对这种方法进行了虚拟和实验测试，结果表明提出的概念是可行的。

 

本研究揭示了BZ凝胶的基本物理机理，为提高其力学性能指明了方向。将振荡的化学能转化为机械能以驱动有用的装置，这是缩小技术差距的重要一步。使用BZ凝胶制作的泵可行的长期应用的一些值得注意的例子是在微流体领域，包括药物给药系统，用于生物医学研究的DNA微阵列，以及许多其他生物技术和纳米技术工具。科学家们提出的自驱动泵可以作为微流控系统的单组件动力源，从而简化了设计，降低了成本，扩大了适用性。

 

研究小组对未来的研究工作持乐观态度，杏耀起源这将包括通过化学和机械方法优化设计。这将是关键的提出在机电设备的设计范式转变，采取了一个更仿生的转向。在这方面，Maeda教授总结道:“自动驱动泵将打破某些机器人系统所面临的复杂性，这些系统的功能越来越多，能够开发出真正的智能多功能机器。”