【摘要】刚度对任何材料系统都是重要的机械特性，是静态量。 最近的工作表明，具有可编程刚度的新材料可以简化提高性能和工程系统的设计。 例如变形翼、机械手、可穿戴外骨骼。 电激活刚度的编程材料非常受欢迎。 因为在自动机械和机器人中，电气传感、控制、电力网络是自然兼容的。
近年来，各大期刊关于电驱动刚性调制材料及其应用的论文数量迅速增加。 对此，美国宾夕法尼亚大学机械工程与应用能力学系James H. Pikul和Kevin T. Turner教授对可用于实现电气编程刚性的材料进行了全面审查，表明现有方法均可归类为静电或电活化相变的使用最后，作者总结了该材料开发和使用的最新趋势和未来前景。 文章在《materialswithelectroprogrammablestiffness》上发表在期刊《Advanced Materials》上。
【文字分析】
图1，生物学的可编程刚度。 a )人类通过增加肌肉硬度来执行任务。 B )海参提高真皮层硬度作为保护手段。 C )雨燕通过改变翅膀刚度动态改变空中效率，大象使用柔软状态的躯干适应脆弱物体，变硬后能承载较大的载荷。 d )可编程刚性材料越来越多地用于工程领域，例如机器人、生物医学、飞机和虚拟现实。 e )许多刺激被用于编程材料系统的刚度变化。 作者全面概述了可以通过电激活调节刚度的材料。 这些材料利用静电和相变调节刚度，材料特性、材料加工和材料设计的结合在提高性能方面起着重要的作用。 电可编程刚性材料领域未来将进一步发展。 首先，在电粘接剂方面，通过开发具有在纳米长度尺度传输静电力的离子双层的离子弹性体材料，可以大幅度降低活化电压，增大刚性变化，或者可以使用具有半导体的电粘接剂。 电流变材料新几何结构降粘的体系增加了介质粒子链的形成，反而增加了剪切刚度的变化。 电动液压材料新的几何结构和制备技术可以进一步减小柔性电极层间的间隙，增加阻力。 电液材料系统还可以受益于用更高介电常数的介质液体代替目前常用的油性介质。 水性介质液体可以更大程度地改变材料的形状和刚度，但这需要解决在没有短路和电解的情况下产生大电场的问题。 关于电化学材料，通过使用离子、电子输送阻力小的材料，能够缩短活化、非活化时间，
图2、电气编程刚度最新材料总结。 电可编程材料系统的激活和失活模数为其最低外加电压(左上)、最短响应时间(右上)、静电材料每单位面积的归一化功耗(左下)、以及电活化相变材料的标准化每单位体积的功耗(右下)。
【总结】随着材料科学、电化学、物理学、电气工程、机械工程和机器人技术的发展未来，作者预见到电可编程刚性新材料将呈现更大的刚性调制范围、更低的工作电压、更短的活化/失活时间。 因此，这些材料将成为新兴技术不可缺少的部分。 触觉器件的电可编程材料与人机接口集成，可以动态改变它们的形状和刚度，真实模拟虚拟环境中实际物体的特征。 电活化织物可以实现夹板等可穿戴医疗技术，这些技术可以根据用户的体型改变形状和硬度。 可编程皮肤可以廉价应用于软式机器人的机械手，在搜索场景中携带更大的有效载荷，而不会破坏当地环境。 也就是说，具有电可编程刚性的新材料是机器和机器人自主“智能”结构部件的基础，可以调节刚性以适应环境的变化。 但要真正实现自主材料，还需要传感器网络、电源、反馈控制系统的重要进步作为补充。 在新一代多功能机器人和机器中，这类子系统必须与电可编程刚性材料巧妙集成，其设计类似于生物有机体的设计。 参考文献： doi.org/10.1002/adma.202007952版权声明：“高分子材料科学”旨在分享交流高分子聚合物材料学等领域的研究进展。 编辑水平有限，以上只表达了个人观点。 投稿、推荐稿或合作请在后台联系编辑。 谢谢您的关注！
