A Programmable Actuator as Synthetic Earthworm

材料科学 执行机构 聚丙烯酰胺 醋酸纤维素 纤维素 弯曲 复合材料 土壤水分 肿胀 的 化学工程 环境科学 计算机科学 高分子化学 土壤科学 工程类 人工智能
作者
Zhaoxiang Yang,Yao An,Yonglin He,Xiaodong Lian,Yapei Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (36) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/adma.202303805
摘要

Natural earthworm with the ability to loosen soils that favors sustainable agriculture has inspired worldwide interest in the design of intelligent actuators. Given the inability to carry heavy loads and uncontrolled deformation, the vast majority of actuators can only perform simple tasks by bending, contraction, or elongation. Herein, a degradable actuator with the ability to deform in desired ways is presented, which successfully mimics the burrowing activities of earthworms to loosen soils with increased soil porosity by digging, grabbing, and lifting the soil when it receives rains. Such a scarifying actuator is made of degradable cellulose acetate and uncrosslinked polyacrylamide via the swelling-photopolymerizing method. The water absorption of polyacrylamide in moisture conditions causes rapid and remarkable bending. Such mechanical bending can be controlled in specific areas of the cellulose acetate film if polyacrylamide is polymerized in a patterned way, so as to generate complicated deformations of the whole cellulose acetate. Patterning polyacrylamide within cellulose acetate is achieved based on reversible surface protection by means of pen writing, rather than the traditional masking techniques. The water-induced deformation of programmable cellulose-based actuators is well preserved in soil, which is appropriate for promoting rain diffusion as well as root breath.
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