近日，新太阳城(中国)官方网站材料学院戴李宗教授团队在机器人领域顶级刊物《Science Robotics》杂志上发表研究论文“Electrically programmable adhesive hydrogels for climbing robots”（DOI: 10.1126/scirobotics.abe1858）。
攀爬型机器人是机器人仿生学设计的前沿研究领域，在军事、航空航天、高危环境作业等领域有着难以替代的地位，其核心技术是运动系统对基体表面的程控粘附/脱粘。当前让机器人攀爬的策略主要包括高压静电吸附、磁性吸附、真空吸附以及模仿壁虎足底微观结构的仿生方法。从理论上讲，机器人攀爬依赖运动系统与环境物体之间的界面相互作用，与粘附性高分子的核心功能相契合，但粘附性高分子应用于攀爬型机器人还存在以下难题：（1）粘附性高分子在固体表面脱粘困难；（2）粘附强度无法实时调控，粘与不粘两种状态的快速、可逆、循环转变是重大挑战；（3）现有调控高分子粘附性能的刺激信号（如：pH、温度、湿度、光等）难以实现机器人应用。
戴李宗教授团队立足高分子与电化学融合，材料和机械工程的跨学科交叉，提出了电化学策略程控聚合物粘附性能的新思路，解决了聚合物在固体表面程控粘附/脱粘的科学技术难题，实现了步行、轮式机器人在垂直、倒置不锈钢和铜表面的程控运动。这是继“高压静电吸附、磁性吸附、真空吸附、仿生设计”之后，机器人攀爬模式的一次重要革新，使攀爬型机器人的设计可摆脱“高工程技术门槛”的限制。
长期以来，人们梦想着能像蜘蛛侠一样自由移动在垂直和倒置平面。该研究表明，一块电控粘附/脱粘水凝胶或许能使得该梦想成真。该团队设计的电控粘附/脱粘水凝胶合成方便，且易于量化制备，只需要将其贴在机器人的运动部位，无需复杂的工程和形态学设计，即可实现机器人攀爬。另外，该研究还为聚合物在固体表面程控粘附/脱粘提供了一种全新的电化学途径，在电子皮肤、可穿戴器件、生物组织粘附、柔性储能器件等其他领域也具备良好应用前景。
新太阳城(中国)官方网站材料学院硕士研究生黄俊文为论文第一作者，主要完成水凝胶合成、测试以及机器人攀爬研究；新太阳城(中国)官方网站航空航天学院刘宇副教授为论文第二作者，主要完成机器人设计和组装；戴李宗教授和袁丛辉副教授为论文共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金重点项目（52033008）、面上项目（51773172、51673161）以及湖南省自然科学基金杰出青年基金项目（2020J06005）的资助。
新太阳城(中国)官方网站材料学院戴李宗教授团队袁丛辉副教授牵头的硼酸酯聚合物研究方向长期聚焦 “固体表面高分子程控粘附”领域。通过在硼酸酯聚合物中引入方向明确且强度弱的B-N配位，来平衡邻苯二酚基团的强界面结合力，形成梯度、多级化的超分子体系；阐明了分子间B-N配位的原理及其驱动下的硼酸酯聚合物有序化规律；构建适用范围广的邻苯二酚基单体与苯硼酸基单体同步缩聚和组装方法，拓展了硼酸酯聚合物超分子体系（Journal of Materials Chemistry B, 2015, 3: 2858-2866; ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9: 14700-14708; Chemical Engineering Journal, 2021, 405: 126690; Applied Catalysis B: Environmental, 2021, 285: 119795）。建立了邻苯二酚基团强界面结合力与B-N配位协同驱动的普适性界面超分子组装方法，解决了聚合物在纳米材料表面可控/可预测粘附的难题（Journal of the American Chemical Society, 2018, 140: 7629-7636；Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2020, 130: 105751）。
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（材料学院）
