综述：迈向先进的可降解软体机器人技术：结合瞬态软电子技术的材料、制造方法及应用

《Advanced Electronic Materials》：Toward Advanced Degradable Soft Robotics Incorporating Transient Soft Electronics: Materials, Fabrication, and Applications

软体机器人通过模仿生物生命周期中的动态功能（如生长、自愈、颜色变化、形态变化和结构分解）实现了先进的生物启发式功能。可降解软体机器人作为一类有前景的系统，已被用于一次性生物医学设备、环境监测平台和瞬态安全技术。然而，实现可降解软体机器人的高级功能（如传感、反馈和智能控制）需要将瞬态电子元件与整体可降解性相结合。虽然在可降解软体机器人和瞬态电子领域取得了显著进展，但材料兼容性、制造复杂性和功能可靠性等挑战仍阻碍了它们的无缝集成。本文综述了可降解执行器和电子元件的最新进展，并提出了实现完全瞬态机器人系统的关键策略，特别强调了两种不同的降解机制：被动生物降解和触发响应式瞬态行为。通过分析这些类别中的材料、制造方法和应用示例，本文提出了实现智能软体机器人并保持系统级完全可降解性的基础设计原则和技术方向。

　　软机器人和可降解电子技术的结合，是近年来材料科学和工程学领域的一个重要进展。这类技术旨在模仿生物体的生命周期和动态功能，如生长、自愈、形态变化以及结构分解，从而实现具有环境友好性和可持续性的智能机器人系统。随着对可降解材料和可编程电子器件的研究不断深入，这种结合为开发能够实现传感、反馈和智能控制的软机器人提供了新的可能性。然而，要实现完全可降解的软机器人系统，需要解决材料兼容性、制造复杂性和功能可靠性等问题。

### 可降解材料的发展

可降解软机器人通常依赖于生物降解性材料，这些材料可以在完成任务后自然分解，不会产生有害的残留物。生物降解性材料主要包括无机材料和有机材料。无机材料如硅、锗、氧化锌和镁氧化物等，具有优异的导电性和机械性能，但它们的降解通常需要特定的化学或物理条件，例如水解反应或酸性环境。这些材料的降解速率可以被精确控制，使其在特定时间范围内保持功能，随后迅速分解。

有机材料则提供了柔软性和生物相容性，是软机器人和可降解电子器件的重要组成部分。其中，水凝胶因其高弹性和可调节的机械性能而被广泛研究，但其水敏感性和高降解速率限制了其在长期应用中的可靠性。因此，研究人员开发了离子凝胶和有机凝胶等新型材料，这些材料在保持机械性能的同时，也具备良好的降解特性。例如，离子凝胶结合了离子液体的高离子导电性和聚合物的机械灵活性，能够在不同环境条件下稳定工作。

### 可降解电子器件的集成

可降解电子器件的集成是实现软机器人功能的关键。这些电子器件通常由生物降解性材料构成，能够在完成任务后自动分解。例如，使用硅纳米膜（Si NM）作为半导体材料，镁作为电极，以及氧化镁作为介电材料，可以构建出高性能的可降解电子器件。这些器件在特定的缓冲液中能够快速降解，从而避免了传统电子设备的长期使用和维护问题。

此外，可降解电子器件还能够与软机器人结构相结合，实现多模态的传感和控制功能。例如，使用导电凝胶作为传感器，能够检测应变、温度和pH值的变化，从而为软机器人提供实时反馈。这些传感器和电子器件的集成，使得软机器人能够在复杂和动态的环境中实现自适应和自主操作。

### 刺激响应型可降解系统

为了实现对软机器人降解时间的精确控制，刺激响应型材料被广泛应用于可降解系统。这些材料能够在特定的外部刺激下迅速降解，例如温度、pH值、湿度或超声波。这种主动控制降解时间的能力，使得软机器人能够在完成任务后迅速消失，从而减少对环境的影响。

例如，通过在硅基材料上引入酸敏感的聚合物，可以在加热或暴露于特定酸性环境时触发材料的降解。这种方法不仅提高了系统的可控性，还使得软机器人能够在需要时迅速分解，从而确保其在敏感环境中的安全性和可靠性。

### 可降解软机器人的应用

可降解软机器人在多个领域展现出巨大的应用潜力。例如，在医疗领域，它们可以用于一次性手术器械，减少感染风险；在环境监测领域，它们可以用于海洋或土壤中的传感器，完成任务后自然分解；在农业领域，它们可以用于土壤监测和植物生长调控。这些应用不仅减少了传统电子设备的环境负担，还提高了系统的可持续性。

然而，尽管这些技术取得了显著进展，仍然存在一些挑战。例如，如何在保持机械性能的同时实现快速降解，如何在复杂环境中实现可靠的传感和控制，以及如何提高材料的生物相容性和环境适应性。这些问题需要通过进一步的材料设计和制造工艺优化来解决。

### 结论

综上所述，可降解软机器人和电子技术的结合，为开发具有环境友好性和可持续性的智能机器人系统提供了新的思路和方法。通过合理选择材料和设计制造工艺，可以实现软机器人在完成任务后自动分解，从而减少对环境的影响。未来的研究需要进一步优化材料性能和制造工艺，以提高系统的可靠性、稳定性和应用范围。这将为可降解软机器人技术的发展奠定坚实的基础，推动其在多个领域的广泛应用。