隨著5G時(shí)代的到來，仿人機(jī)器人、移動(dòng)操控機(jī)器人、自動(dòng)探測機(jī)器人等人工智能機(jī)器人將成為主要增長領(lǐng)域。與其他工業(yè)電子技術(shù)一樣，這些人工智能系統(tǒng)的安全性將成為一個(gè)重要問題，因?yàn)樗鼈兘?jīng)常用于易燃、易產(chǎn)生靜電和易爆的環(huán)境中。因此，輕巧高效的基于織物的防火皮膚仍然是人造機(jī)器人的目標(biāo)。需要能夠與環(huán)境和機(jī)器動(dòng)態(tài)交互并能夠主動(dòng)檢測并提供早期警報(bào)的防火皮膚，因?yàn)檫@樣的組合功能將有利于輕量化機(jī)器人系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。該工作中采用合理設(shè)計(jì)的高通量電噴紡絲技術(shù)開發(fā)了一種阻燃絲綢/石墨烯納米離子電子（SGNI）皮膚，簡化了無溶液電導(dǎo)率的處理，以提高至少5-10 mLh
–1的制造速率，其生產(chǎn)效率比靜電紡絲更高效。這些阻燃SGNI皮膚結(jié)合了納米纖維和離子電子材料的優(yōu)點(diǎn)，具有可持續(xù)性、導(dǎo)電性、高度多孔性、機(jī)械強(qiáng)度、高度可拉伸、自粘、濕度和溫度敏感性。這些優(yōu)點(diǎn)支持將SGNI皮膚組裝成火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，對手機(jī)、云和中央控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警（2秒響應(yīng)）。將阻燃劑和火警材料結(jié)合到智能皮膚中的概念可能為機(jī)器人和人機(jī)交互保護(hù)皮膚的設(shè)計(jì)提供潛在的解決方案。
Figure 1. SGNI皮膚的制備。（a）防護(hù)皮制作過程示意圖。（b）尺寸為30 cm × 30 cm 的SGNI 皮膚。（c）SGNI皮膚的微觀結(jié)構(gòu)。
Figure 2. SGNI的紡絲和粘合特性。期間旋轉(zhuǎn)噴射的快照：（a）電噴紡工藝，（b）吹紡（c）靜電紡。SEM圖：（d）電噴紡纖維，（e）噴紡纖維（f）和靜電紡纖維。（g）SGNI皮膚在不同相對濕度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。（h-k）SGNI皮膚在不同相對濕度下處理后SEM圖，插圖為失敗部分的相應(yīng)SEM圖。（l）SGNI皮膚粘附的兩條木條可承受500克的重量。（m）SGNI皮膚與3M商用雙面膠帶之間的粘合力比較。
Figure 3. SGNI皮膚的阻燃性。（a）SGNI皮膚的燃燒過程。（b）SGNI皮膚的阻燃機(jī)制。（c）SNI皮膚、SGNI皮膚和脫膠真絲纖維的TGA曲線。（d，e）SGNI皮膚和脫膠真絲纖維的熱重分析/質(zhì)譜圖。
Figure 4. SGNI皮膚的應(yīng)用。（a）SGNI皮膚保護(hù)的纖維素紙的燃燒過程。（b）SGNI皮膚（上內(nèi)側(cè)）和SNI皮膚（下內(nèi)側(cè)）暴露在火中時(shí)的敏感性。（c）智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)示意圖。（d）照片顯示火焰警報(bào)，SGNI粘附在纖維素紙表面，起到防火和火災(zāi)報(bào)警的作用。（e）機(jī)器人動(dòng)作觸發(fā)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念。（f）SGNI皮膚用作行為觸發(fā)器，以保護(hù)假肢免受外部傷害。
相關(guān)研究成果由上?？萍即髮W(xué)hengjie Ling課題組和塔夫茨大學(xué)David L. Kaplan課題組于2021年發(fā)表在《ACS Materials Letters》（https://doi.org/10.1002/adma.202102500）上。原文：Electro-Blown Spun Silk/Graphene Nanoionotronic Skin for Multifunctional Fire Protection and Alarm。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
