Dual-gradient enabled ultrafast biomimetic snapping of hydrogel materials

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作者
Wenxin Fan,Caiyun Shan,Hongyu Guo,Jianwei Sang,Rui Wang,Ranran Zheng,Kunyan Sui,Zhihong Nie
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:5 (4) 被引量:222
标识
DOI:10.1126/sciadv.aav7174
摘要

The design of materials that can mimic the complex yet fast actuation phenomena in nature is important but challenging. Herein, we present a new paradigm for designing responsive hydrogel sheets that can exhibit ultrafast inverse snapping deformation. Dual-gradient structures of hydrogel sheets enable the accumulation of elastic energy in hydrogels by converting prestored energy and rapid reverse snapping (<1 s) to release the energy. By controlling the magnitude and location of energy prestored within the hydrogels, the snapping of hydrogel sheets can be programmed to achieve different structures and actuation behaviors. We have developed theoretical model to elucidate the crucial role of dual gradients and predict the snapping motion of various hydrogel materials. This new design principle provides guidance for fabricating actuation materials with applications in tissue engineering, soft robotics, and active medical implants.
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