具有集成驱动和应变传感功能的梯度结构水凝胶，在仿生机器人领域具有广泛应用潜力

《Advanced Functional Materials》：Gradient-Structured Hydrogel with Integrated Actuation and Strain Sensing for Biomimetic Robotics

智能软体材料研究：通过磁控组装制备的Fe3O4@MXene纳米复合水凝胶实现了磁驱动与应变传感的协同机制，具备高导电性（2.6 mS·cm?1）、应变灵敏度（GF=6）、宽应变响应范围（0-580%）和抗疲劳特性（500次循环），成功应用于自适应抓取器和自跟踪爬行机器人，为智能软物质开发提供新范式。

　　

摘要

由于在均匀材料中这些功能无法同时实现，开发兼具自主运动和实时传感能力的软体机器人仍然具有挑战性。受到自然共生系统的启发，研究人员开发出一种导电纳米复合水凝胶，通过简单的磁场诱导组装策略，在水凝胶网络中实现了磁驱动与内置应变传感能力的协同作用，从而形成了Fe₃O₄@MXene纳米杂化物的梯度分布。这种水凝胶展现出一系列支持这种协同效应的特性：良好的导电性（2.6 mS cm^?1）、高应变灵敏度（量程因子为6）、宽应变响应范围（0–580%）以及出色的抗疲劳性能（500次循环），同时具备30° s^?1的快速磁驱动速度。其核心优势在于驱动和传感功能在同一材料中协同工作，使其能够在执行预定变形的同时实时监测自身的运动。这一点通过仿生应用得到了生动展示，例如能够根据感知调整抓握力的夹持器，以及能够追踪自身运动的爬行器。这项工作为创造具有内在反馈循环的智能软物质提供了范例，为自适应软体机器人、生物医学和人机交互领域开辟了新的研究方向。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可向通讯作者提出合理请求后获取。