由柴浦拉理工学院 别洛索夫–溶液中的扎博汀斯基水凝胶
信用:世邦魏理仕理工学院 从工业机械到机器人，现代机电设备的复杂性和复杂性急剧增加
随着复杂功能的日益开放，设备所需的组件数量不可避免地增加了
虽然这些进步不可否认地令人印象深刻，但庞大的体积和大量的组件是这些设备“小型化”和成本效益的主要障碍
但是，如果我们找到一种更聪明的方法来制造它们，而不是使用多个笨重的组件呢？这是科学家们，包括前田新吾教授，博士
毛泽兵(柴浦工学院智能材料实验室)和博士
洛桑联邦理工学院微工程研究所软传感器实验室在《科学报告》最近发表的一项研究中对此进行了研究
科学家们探索了将机电设备的各种组件——如电源、致动器和控制系统——简化为一片水凝胶的可能性
在这样做的过程中，他们成功地创造了一个仅由振荡化学反应驱动的自驱动微流体泵，成功地产生了“加压油”(代表机械功)
领导这项研究的前田教授说:“我们提出了一种新方法，利用单组分自振荡水凝胶和膜实现简单的泵送功能
" 在他们的研究中，科学家们集中在一种独特类型的振荡化学反应上，这种反应属于别洛索夫-扎博廷斯基(BZ)反应类
传统上，化学反应包括产生达到平衡状态的产物的反应物
但是，BZ反应涉及溴和氧化剂，产生一个永远达不到化学平衡的系统；相反，它在不同的状态之间来回穿梭
以前，研究人员观察到水凝胶和其他包含BZ反应的聚合物(称为BZ凝胶)能够自主运动，因为该反应会引起轻微的周期性结构变化，因此在机电应用中显示出很大的潜力
但是，到目前为止，它们的实际应用一直具有挑战性
前田教授解释说，“以前报道的BZ凝胶显示出非常小的位移，并且只在浸没在化学浴中时进行测试，这显然限制了它们的潜在应用
" 在这项新的研究中，科学家们用一种新的方法克服了这一障碍，这种方法由于创新的实施而更有希望
前田教授解释了他们的方法，“首先，我们生产BZ凝胶并预拉伸它们，这增加了在每个BZ循环中可以提取的机械功
然后，整个凝胶及其周围的化学溶液被完全封装
最后，由凝胶的膨胀和收缩产生的机械功通过可拉伸膜的变形被转移到外部油中
其结果是一个仅由振荡反应驱动的自驱动泵，可以像机器的人造“心脏”一样来回移动流体，并以加压油的形式产生机械功
科学家们对这种方法进行了虚拟和实验测试，显示出这种提出的概念具有潜力
这项研究揭示了BZ凝胶的基本物理机制，并指出一种改善其机械性能的方法
这是弥合现有技术差距的重要一步，现有技术差距是将振荡化学能转化为机械能，为有用的设备提供动力
使用BZ凝胶制造的泵的长期可行应用的一些值得注意的例子是在微流体领域，包括药物输送系统、用于生物医学研究的DNA微阵列以及许多其他生物技术和纳米技术工具
科学家提出的自驱动泵可以作为微流体系统中的单组分电源，从而简化其设计，降低其成本，并扩大其适用性
研究团队对未来将他们的工作提升到下一个水平持乐观态度，这将涉及通过化学和机械方法优化他们的设计
这将是在机电设备的设计中带来一个范式转变的关键，通过采取一个更受生物启发的转变
在这方面，前田教授总结道，“自驱动泵预示着将打破某些功能越来越多的机器人系统所面临的复杂局面，从而开发出真正智能的多功能机器
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