将污染转化为机器人
每年，石油精炼产生数千万吨元素硫作为副产品。这些硫的绝大部分被堆放在炼油厂附近的巨大块状物中，或在有限的工业应用中使用，如肥料生产。它代表了石油工业最明显的废物管理问题之一。
一个韩国研究小组找到了一种方法，将这一工业废物流转化为自主运动、完全可回收的软机器人。使用首次展示的4D打印方法，由化学技术韩国研究院的Kim Dong-Gyun博士、汉阳大学的Jeong Jae Wie教授和世宗大学的Kim Yong Seok教授领导的团队开发了一类新型材料，将可持续性和尖端机器人技术以意想不到的方式结合在一起。
什么是4D打印？
标准3D打印生产静止物体——打印过程后固定的形状。4D打印增加了第四维：时间。通过4D打印创建的物体设计用于在暴露于特定环境触发器时，在制造后改变其形状、结构或性质。其结果是一个打印物体，不是成品，而是一个在响应其环境时动态表现的编程材料。
韩国团队通过工程设计一类新型的含硫聚合物——聚（苯基多硫化物）网络，或PSN——来实现这一点。这些聚合物通过称为逆硫化的反应从元素硫和小芳香分子合成——一个将硫的不稳定结晶形式转化为具有可编程机械性能的稳定非晶聚合物的过程。
机器人如何运动
PSN材料是刺激响应的——当暴露于外部触发器时，它们改变其物理尺寸或机械行为。该团队展示了对三种不同刺激的响应：热、光（通过光热转换）和磁场（当与磁性纳米粒子混合时）。
通过设计4D打印PSN结构的几何形状和选择不同材料成分在这些结构中的放置位置，研究人员可以编程特定的变形序列——机器人在加热时卷起，冷却时伸直，向磁场弯曲。这些编程的机械行为，结合材料进行大型可逆变形的能力，在将机器人放在适当环境中时产生自主运动。
可回收性优势
基于PSN的软机器人最具商业和环保意义的特性之一是其可回收性。与软机器人中使用的传统弹性体不同，PSN网络包含动态共价硫-硫键，可以在适当条件下断裂和重新形成。一个损坏或使用寿命结束的PSN机器人可以被溶解、重新加工和重新打印，而不会造成重大的材料损失——一个真正的循环材料生命周期。
废物来源的原料和可回收材料生命周期的结合给PSN平台一个在先进材料研究中不寻常的可持续性特征。大多数高性能材料涉及稀有或难以回收的成分；PSN方法从丰富的废物流中构建性能，并在整个产品生命周期中以可恢复的形式保留该材料。
潜在应用
软机器人——由柔顺、可变形材料而非刚性结构构建的机器人——在传统机器人不适合的地方有应用。通过身体腔穴导航的微创医疗器械、处理精细物体而不损伤的夹持器、通过不规则密闭空间的检查机器人，以及可变形以穿过碎石的搜救机器人都是活跃的软机器人开发领域。PSN平台对环境刺激的自主响应能力，加上其可回收性和废物来源的原料，使其成为该领域的潜在重要贡献。
本文基于Interesting Engineering的报道。阅读原始文章。
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