水凝膠因具有可調節的機械和電氣性能，被認為是一種有前景的人機交互界面材料。然而，製備同時具備超柔軟性、良好的機械魯棒性和高靈敏度的水凝膠用作可穿戴傳感器仍然是一個巨大的挑戰。
為了解決這一問題，研究院陳強研究員團隊聯合西北工業大學黃維院士團隊和南京工業大學孫庚志教授團隊利用相變誘導發泡策略開發了具有高變形性和抗裂紋擴展的超軟梯度水凝膠泡沫，並將其用作超靈敏的共型人機交互界面。
本研究詳細探討了梯度水凝膠泡沫形成的機理，其中體系粘度、大氣壓和聚合速度是影響梯度水凝膠泡沫形成的關鍵參數。通過控制發泡比來調整孔隙大小，可以同時提高水凝膠泡沫的柔軟性、抗裂紋擴展和機械穩定性。水凝膠泡沫的楊氏模量從15.36 kpa降低到1.68 kpa，斷裂伸長率從961%增加到1411%，斷裂韌性從698.4 j/m2 提高到915.6 j/m2，應變和壓力傳感器的靈敏度分別為21.77和65.23 kpa-1。作為概念演示，水凝膠傳感器可用於監測面部表情、檢測聲帶振動、編碼莫爾斯電碼、識別操作員的指令；在第一視角眼鏡的輔助下，可遠程控制手術機器人進行內窺鏡檢查和巡航船巡航。該工作提出的策略為構建共型性超軟人機界面提供了新思路並在遠程操作機器人、智能醫療服務和產業升級中具有潛在的應用前景。
圖. 超軟水凝膠泡沫的形成機理及其在人機交互領域的應用
該研究以題為gradiently foaming ultrasoft hydrogel with stop holes for highly deformable, crack-resistant and sensitive conformal human-machine interfaces的論文發表在最新一期《advanced materials》上。
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https://doi.org/10.1002/adma.202314163
來源：國科溫州研究院
