Bioinspired bilayer hydrogel-based actuator with rapidly bidirectional actuation, programmable deformation and devisable functionality

执行机构 双层 材料科学 弯曲 人工肌肉 纳米技术 智能材料 计算机科学 复合材料 人工智能 化学 生物化学
作者
Weizhong Xu,Pengli Dong,Senpeng Lin,Zhongwen Kuang,Zhiqin Zhang,Shunli Wang,Fangmin Ye,Lin Cheng,Huaping Wu,Aiping Liu
出处
期刊:Sensors and Actuators B-chemical [Elsevier]
卷期号:359: 131547-131547 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.snb.2022.131547
摘要

Smart hydrogel actuators which respond to external stimuli have attracted great attention and shown good application prospects in many fields as their simplicity and reliability, while the challenges remain in terms of the relatively low driving force, responsive velocity and deformation amplitude considering the structure-dependent actuation behavior. Here, we propose a thermosensitive hydrogel-based actuator with bioinspired bilayer structure by applying a textured airlaid paper to induce the formation of heterogeneous construction. This nature-inspired design benefits the hydrogel-based actuator rapidly bidirectional actuation, realizing excellent bending velocity (140.6° s−1 within first 5 s) and bending amplitude (850.0° within 30 s) in hot water, powerful recovery in cool water and remarkable reproducibility upon external environmental stimulus by optimizing the texture orientation and mechanical property of airlaid paper. The excellent bonding between airlaid paper and hydrogel also endows the actuator satisfactory stability for circularly operation under water environment for weeks. The programmable deformation and devisable functionality are further realized by propagable and elaborate design for architecture and component of responsive hydrogel, favoring the hydrogel-based actuator alterable ethanol-sensitive ability, photothermal drivability and regenerability. This bilayer hydrogel-based actuator provides promising potentials for the applications in soft robots, smart actuators, artificial muscles, and intelligent human-machine technologies.
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