4D Multimaterial Printing of Soft Actuators with Spatial and Temporal Control

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作者
Kun Zhou,Rujie Sun,Jonathan P. Wojciechowski,Richard Wang,Jonathan Yeow,Yuyang Zuo,Xin Song,Chunliang Wang,Yue Shao,Molly M. Stevens
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (19) 被引量:15
标识
DOI:10.1002/adma.202312135
摘要

Soft actuators (SAs) are devices which can interact with delicate objects in a manner not achievable with traditional robotics. While it is possible to design a SA whose actuation is triggered via an external stimulus, the use of a single stimulus creates challenges in the spatial and temporal control of the actuation. Herein, a 4D printed multimaterial soft actuator design (MMSA) whose actuation is only initiated by a combination of triggers (i.e., pH and temperature) is presented. Using 3D printing, a multilayered soft actuator with a hydrophilic pH-sensitive layer, and a hydrophobic magnetic and temperature-responsive shape-memory polymer layer, is designed. The hydrogel responds to environmental pH conditions by swelling or shrinking, while the shape-memory polymer can resist the shape deformation of the hydrogel until triggered by temperature or light. The combination of these stimuli-responsive layers allows for a high level of spatiotemporal control of the actuation. The utility of the 4D MMSA is demonstrated via a series of cargo capture and release experiments, validating its ability to demonstrate active spatiotemporal control. The MMSA concept provides a promising research direction to develop multifunctional soft devices with potential applications in biomedical engineering and environmental engineering.
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