CN112778489A - 一种基于自愈合弹性体的可重构驱动器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于自愈合弹性体的可重构驱动器及其制备方法，由自愈合的非交联的PDOU薄膜NPDOU和交联的PDOU薄膜CPDOU组成。本发明基于本征型自愈合的聚肟氨酯弹性体的可重构软驱动器，具有不同交联度的PDOU弹性体对溶剂表现出不同的响应性，并且可以无缝愈合；组装的驱动器/机器人无需任何外部刺激下通过简单的剪裁和重新组装实现重新编程以显示多种驱动模式，为构造复杂的软机器人铺平了一条简单、有力、通用的路径。

Description

一种基于自愈合弹性体的可重构驱动器及其制备方法
技术领域
本发明属于软体驱动器领域，特别涉及一种基于自愈合弹性体的可重构驱动器及其制备方法。
背景技术
软体驱动器相较于刚性驱动器具有低成本、低密度、高自由度、高适应性、良好的人机交互界面等优点，其被广泛应用于软体机器人、人工肌肉、微型设备、柔性传感等领域。驱动器为软机器人中产生运动的关键部件，这使其对软机器人的发展至关重要，而受到广泛关注。智能驱动材料能够响应诸如溶剂，热，光，电场，磁场，湿度等刺激表现出可逆的形状转换。各向异性结构是驱动器能在刺激下能够产生变形或运动的关键。目前可用于制备驱动器各向异性结构的方法主要包括一锅法、逐层聚合、3D打印、光刻、离子印刷等。这些驱动器往往引入化学交联来固定各向异性结构，并稳定其驱动性能。然而，稳定的交联结构限制了驱动器的形变的多样性和后处理能力。因此，传统的驱动器在刺激下只能产生预设的变形应用于单一的场合。为了解决这一缺点，研究人员提出了重构。重构是重新配置驱动器中各向异性结构以实现多模式驱动的过程，即单个器件在刺激下表现出多种驱动行为。可重构驱动器能够对其各向异性结构进行微小的修改以适应新的任务。这比制造新驱动器更方便、实用兼有更低的成本。重构过程有利于提升资源的利用率和可持续性发展。可重构性也有望成为具有先进可调变形能力的新一代自适应软驱动器的关键。
目前实现驱动器的可重构性的方法仍较少。目前所报道的可重构驱动策略主要包括使用可逆反应来改变分子结构，如液晶基元的重排，偶氮苯的顺-反异构化，可逆交联。这些方法修改了驱动器中的各向异性结构，以实现多模式驱动。但其往往需要外部刺激(例如加热和图案照明)来促进这些可逆反应，从而改变驱动器中的各向异性结构。一些热刺激的动态反应在不加热的情况下也可能会发生。这会扰乱液晶基元的有序取向，这不利于驱动的稳定。对于获得图案化的光场照射，具有各种蚀刻图案的精密光刻掩模是必不可少的。由于光线的穿透力差，驱动器往往被做的很薄，这限制其应用。其他一些方法也被报道用于驱动器的重构，如修改响应涂层的图案。但是，这种重构过程通常涉及到危险的强酸或强碱，这可能会损坏驱动器。此外，超分子粘合剂通过重构其各向异性结构被实现驱动器的重构。但是，该粘合剂只能施加到特定的基材表面上，并且每个重构过程都需要新的一批粘合剂。此外，需要化学药品来去除先前的粘合剂，该复杂的过程可能对驱动器有害。这些重构过程往往涉及到精密设备、外加试剂和外加刺激。这限制了变形的多样性和可重构驱动器的实际应用。因此，设计一种简单而通用的方法来制造可重构驱动器并实现简便重构仍然是一个挑战。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于自愈合弹性体的可重构驱动器及其制备方法，基于本征型自愈合的聚肟氨酯弹性体的可重构软驱动器，具有不同交联度的PDOU弹性体对溶剂表现出不同的响应性，并且可以无缝愈合。
本发明提供了一种基于自愈合弹性体的可重构驱动器，由自愈合的非交联的PDOU薄膜NPDOU和交联的PDOU薄膜CPDOU组成。
所述NPDOU和CPDOU由聚四氢呋喃二醇PTMG、丁二酮肟DMG、二苯基甲烷二异氰酸酯MDI和二亚乙基三胺DETA缩聚而得。
所述NPDOU的结构式为：
Figure BDA0002874792940000021
所述CPDOU的结构式为：
Figure BDA0002874792940000022
其中，
m,n,x的数值范围为m/n＝1/1-4/1，n＝8-40，x＝7-28。
所述驱动器根据MDHA策略通过裁剪和组装-愈合过程在不借助外界物理化学刺激下修改了各向异性结构得到再组装的驱动器。
所述MDHA策略为：用刀切割已制备好的NPDOU和CPDOU或已组装的驱动器，获得设定形状的模块单元；随后将模块单元按一定的排列方式相互接触使各模块单元相互愈合以组装成驱动器。
本发明还提供了一种基于自愈合弹性体的可重构驱动器的制备方法，包括：
将聚四氢呋喃二醇PTMG、丁二酮肟DMG、二苯基甲烷二异氰酸酯MDI和二亚乙基三胺DETA按摩尔比1:2-5.75:1-4:0-0.5通过缩聚反应得到NPDOU和CPDOU；将NPDOU薄膜和CPDOU薄膜室温下重叠，在室温下维持4-5天即得基于自愈合弹性体的可重构驱动器。
本发明还提供了一种基于自愈合弹性体的可重构驱动器在软体驱动器中的应用。
本发明由于动态丁二酮肟-氨基甲酸酯(DOU)键，PDOU弹性体具有本征型自愈合能力。具有不同交联度的材料对溶剂刺激表现出不同的响应。PDOU中的动态DOU键和可逆氢键可确保将具有不同交联度和任意定制形状的模块单元简单地组装愈合，以形成无缝驱动器和相应的软机器人(图1a)。模块单元的不同响应性形成了各向异性结构，这些各向异性结构对溶剂刺激响应而产生可程序化编程变形。通过简单的切割从组装的驱动器中获得模块单元。PDOU的本征型自愈合能力确保了所获得的模块单元可以重新用于任意组装。重新组装的驱动器显示的驱动行为与初始的不同。因此，通过调整驱动器中的模块单元的排列可以实现重构(图1b)。应该注意的是，该重构过程无需借助光或热刺激可在室温下反复进行。
有益效果
本发明基于本征型自愈合的聚肟氨酯弹性体的可重构软驱动器，具有不同交联度的PDOU弹性体对溶剂表现出不同的响应性，并且可以无缝愈合；组装的驱动器/机器人无需任何外部刺激下通过简单的剪裁和重新组装实现重新编程以显示多种驱动模式，为构造复杂的软机器人铺平了一条简单、有力、通用的路径。
附图说明
图1为本发明的原理图；其中，a为NPDOU和CPDOU膜的合成和双层驱动器组装过程；b为实现驱动器重构的MDHA策略示意图。
图2为双层驱动器的驱动特性：a为通过吹氮气提供氯仿蒸汽进行驱动的装置示意图；b、c为双层驱动器的可逆弯曲行为的照片(比例尺＝5mm)；d为双层驱动器在氯仿蒸气和空气中的弯曲角度-时间曲线；e为在氯仿蒸汽下刺激下不同厚度比CPDOU和NPDOU层的双层驱动器的驱动性能；f为双层驱动器八个周期的可逆弯曲驱动，在每个循环中，将双层驱动器氯仿蒸气刺激90s，然后暴露于空气中进行恢复；g为双层驱动器的横截面SEM图像。
图3为双层驱动器的自修复特性：a、b为非翻转愈合和翻转愈合模式的图示，将双层样品切成两个完全分开的小块，然后将断面轻轻接触在25℃时愈合；双层驱动器在(c)不可逆转和(d)逆转愈合模式下的短时间的自我愈合展示；在25℃愈合15分钟后，将愈合的驱动器拉伸至200％以上仍不会断裂；e为原始驱动器的典型应力-应变曲线以及驱动器在室温下以非翻转愈合模式下愈合的情况；f为两种愈合模式的驱动器在室温下愈合4天的应力-应变曲线。
图4为由各向异性双层PDOU单元和各向同性NPDOU单元组装成的不同驱动器，两段式驱动器(a)和三段式驱动器(b)，分别在溶剂蒸气刺激下显示“S”和“波浪”形(标尺＝5mm)；两种五段式驱动器分别在溶剂刺激下分别展示出“U”形(d)和“心”形(e)，(标尺＝1cm)；(f)类鱼形驱动器在溶剂刺激下展现“游泳”行为(标尺＝5mm)。
图5为溶剂刺激下驱动器的可重构驱动，(a)为长条状驱动器在三种驱动行为的重构过程标尺NPDOU单元(标尺＝5mm)；(b)为人形驱动器在三种不同的姿势之间的重构过程(标尺＝5mm)；(c)驱动器在氯仿刺激下的托举运动的照片。
图6为NPDOU、CPDOU-0.2和CPDOU-0.5的红外谱图。
图7为NPDOU的1H NMR谱图。
图8为NPDOU和CPDOU的DSC图(a)、TGA曲线(b)和X射线衍射谱图(c)。
图9为CPDOU和NPDOU的溶胀速率。
图10为不同交联程度的CPDOU氯仿气体刺激下双层驱动器的驱动行为。
图11为双层驱动器在八个驱动循环前后的光学照片。
图12为双层驱动器在八个驱动循环后的SEM图像。
图13为NPDOU和CPDOU的粘接性能。(a)粘接样条的制备过程。(b)NPDOU，CPDOU和粘接样条的应力-应变曲线。
图14为NPDOU(a)和CPDOU(b)的室温愈合性能。
图15a为长条状驱动器在溶剂下的驱动行为(标尺＝1cm)。
图15b为从长条状驱动器到四臂式驱动器的重构过程(标尺＝5mm)。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
材料：丁二酮肟(DMG，98％)，丙酮(99.7％)购自国药集团化学试剂(中国)。聚四氢呋喃二醇(PTMG，Mn＝1000g mol-1)购自阿拉丁(中国)。二亚乙基三胺(DETA，99.0％)购自Alfa Aesar(中国)。二苯甲烷二异氰酸酯(MDI，2,4'-MDI/4,4'-MDI＝50/50，99.6％)购自万华化学(中国)。氯仿(99.8％)购自永华化工(中国)。除非另有说明，否则试剂直接使用无需进一步纯化。
PDOU的合成
将聚四氢呋喃二醇(PTMG)加入反应瓶中，升温至110℃，抽真空2h，以除去聚四氢呋喃二醇中的吸附水。然后去除真空，插上氮气球保持N2氛围，缓慢加入二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)后在110℃，N2氛围下反应2h。然后在保持N2氛围下将整个体系降至40℃。将丁二酮肟(DMG)溶解在丙酮中后，加入到反应瓶中。待整个体系混合均匀后在40℃反应3h。将产物和二亚乙基三胺(DETA)的丙酮溶液充分混合均匀，然后倒入聚四氟乙烯模具中在50℃的烘箱中反应24h，得到含有肟氨酯动态键的聚氨酯(PDOU)。
表1不同交联度的PDOU的配方
Figure BDA0002874792940000041
Figure BDA0002874792940000051
a PTMG:MDI:DMG:DETA的摩尔比
双层结构驱动模块单元制备
将合成的NPDOU薄膜置于CPDOU-0.2(后简称为CPDOU)薄膜(长宽为80mm×80mm)表面上，轻轻挤压以排除两层之间的气泡。然后将350g重物置于薄膜上，并在室温下保持4天使两层膜具有牢固的粘接。
驱动器的组装-愈合和重构过程
不同模块单元通过裁剪从双层膜和NPDOU薄膜获得。然后不同的模块单元按设计的排列组装在一起使其在25℃下愈合4天，使各个模块集合成一个完整的驱动器。重构过程是通过用刀切割驱动器来重新获得可用于再组装的模块单元。再将这些模块以新的排列组装-愈合成新的驱动器。
驱动器的溶剂响应性能表征
使用氯仿作为代表对驱动器的响应性能进行测试。用镊子固定双层驱动器(长宽为30mm×3mm)。通过氮气的吹扫以获得较高浓度的氯仿气体。氮气吹扫90s使氯仿气体刺激驱动器，使其驱动变形。然后停止氮气撤去氯仿后，驱动器逐渐恢复到原来的形状。对于一些具有复杂形状的驱动器，将适量的低浓度氯仿溶液滴于驱动器表面，使其变形，随着氯仿的挥发，其变形逐渐恢复。驱动过程使用数码相机(Nikon,EDS 600D,Japan)记录。双层驱动器的弯曲角度使用Adobe Illustrator CC 2015软件分析获得。
常规表征：核磁通过NMR光谱仪(BRUKER，AVANCE III HD 600MHz，瑞士)测试。用FTIR光谱仪(THERMO SCIENTIFIC，Nicolet 8700，USA)记录傅立叶变换红外(FTIR)光谱。在差示扫描量热仪(NETZSCH，DSC 204F1，中国)上，在氮气氛下以5℃·min-1的升温速率进行差示扫描量热测试(DSC)。在热重分析仪(NETZSCH，TGA Libra 209F1，中国)上，在氮气氛下以10℃·min-1的升温速率进行热重分析(TGA)。通过扫描电子显微镜(HITACHI，SU-8010，日本)拍摄样品的SEM图像。为了获得清晰的图像，将样品进行了金钯溅射。X射线衍射测量是在18KW X射线衍射仪(RIGAKU，D/max-2550VB+/PC，Japan)上进行的。通过在具有100N传感器的万能材料试验机(MTS，Exceed E42，美国)中在25℃下以100mm·min-1的位移控制进行拉伸测试来评估材料性能。将矩形双层驱动器(约0.8mm(T)×5mm(W)×20mm(L))切成两段。将其断面接触在25℃下愈合4天再测试驱动的自愈合性能。粘合性能测试：使矩形NPDOU和CPDOU膜(约0.4毫米(T)×5毫米(W)×10毫米(L))相互接触，在25℃下愈合4天，测试粘接样条的力学性能。
结果
溶剂响应的双层驱动器的制造和表征
PDOU结构通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)进行表征。PDOU光谱在3285cm-1处为N-H伸缩振动峰，在1729cm-1处为C＝O伸缩振动峰，表明形成了氨基甲酸酯基团。在2270cm-1处无N＝C＝O伸缩振动峰，表明MDI已完全反应。在992cm-1处的N-O伸缩振动峰表明DMG被引入了PDOU分子骨架中(图6)。NPDOU的1H NMR谱图与设计的分子结构相对应(图7)。除非另有说明，否则在以下讨论中CPDOU指CPDOU-0.2。通过差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)研究了NPDOU和CPDOU的热性能(图8a-b)。NPDOU和CPDOU的玻璃化转变温度(Tg)分别在-31.7℃和-19.0℃，并且在180℃以下均保持稳定。此外，动态DOU键赋予了材料自愈性。因此，将NPDOU和CPDOU薄膜在适当压力下层压愈合形成各向异性的双层驱动器(图1a)。
由于不同交联度的聚氨酯在溶剂中的溶胀速率不同，双层驱动器对氯仿的溶剂刺激下表现出变形响应。驱动器在氯仿蒸气的作用下逐渐向未交联的一侧弯曲(图2a，b和c)。两层的溶胀性能的差异决定了弯曲方向。CPDOU的交联结构阻碍了聚合物链的有序排列。此外，X射线衍射(XRD)可以证明CPDOU的结晶度低于NPDOU的结晶度(图8c)。NPDOU弹性体中有序排列的聚合物链段阻碍了溶剂分子的渗透。因此，CPDOU层的溶胀速率高于NPDOU(图9)，并且双层驱动器向NPDOU弯曲层。驱动器的可逆弯曲能力通过测定不同时间间隔的弯曲角度来评估(图2d)。当撤去氯仿后，随着驱动器中吸附的氯仿逐渐挥发，其逐渐恢复到初始形状。当NPDOU和CPDOU厚度比为1:1时，驱动器在氯仿蒸气刺激下90s内可弯曲129°。去除氯仿蒸气后，驱动器在30min内可恢复到初始状态(图2c-d)。还研究了CPDOU层的交联密度对双层驱动器的驱动性能的影响。NPDOU/CPDOU-0.5驱动器的弯曲角度小于NPDOU/CPDOU-0.2驱动器的弯曲角度(图10)，这很可能是由于CPDOU-0.5层的溶胀率比CPDOU-0.2低。因此，选择CPDOU-0.2层用于后续研究。
由于两层的几何参数对双层驱动器响应变形有一定影响，保持驱动器的长宽尺寸一定，研究了两层结构厚度对驱动性能的影响。将CPDOU层厚度保持在0.4mm，改变NPDOU层厚度制得了三种不同厚度比的双层驱动器。驱动器的弯曲角随着NPDOU层厚度的增加而减小(图2e)，这表明可以通过调整两层的厚度比来控制双层驱动器的溶剂响应行为。这种变化进一步佐证了CPDOU层为活性层，NPDOU为承托层，NPDOU层厚度越厚驱动器弯曲响应性能越差。考虑到NPDOU层过薄会使驱动器较为脆弱，在后续的实验中选择了厚度比为1:1作为驱动器的厚度比。对驱动器进行了循环驱动测试，驱动器在溶剂刺激下的弯曲驱动显示出良好的重复性和稳定性，至少有八个周期没有明显的疲劳(图2f和图11)。驱动器在溶剂刺激下保持稳定，因为双层驱动器在溶剂蒸汽下刺激3小时未显示出可检测到的重量变化(表2)。双层驱动器的横截面扫描电子显微镜(SEM)图像显示了无缝隙界面，该结果表明了两层之间的强结合能力(图2g)。尽管经过反复溶胀/溶胀，但两层之间仍然没有分层，这进一步表明了NPDOU和CPDOU之间牢固的界面结合(图12)。
表2双层驱动器的原始质量和长期溶剂刺激下的质量
Figure BDA0002874792940000071
为了进一步证明驱动器中NPDOU和CPDOU之间的界面强作用力，将两片相同厚度(0.4mm)的CPDOU和NPDOU薄膜粘合成条进行拉伸试验(图13a-b)。在室温愈合4天后，CPDOU和NPDOU的粘接强度达到2.13±0.12MPa，与纯NPDOU薄膜的强度相近(1.97±0.01MPa)。这表明室温下NPDOU和CPDOU层之间发生了愈合，NPDOU与CPDOU之间具有较强的结合作用。这些结果表示驱动器中的NPDOU层与CPDOU层具有较强的界面结合能力，能够经受驱动过程中承受反复的溶胀/解吸。
PDOU和双层驱动器的自愈性能
各向异性驱动器的自愈合性是利用宏观任意愈合-组装(MDHA)策略实现有效重构的关键。动态DOU键的可逆解离和缔合可以赋予PDOU自修复和再加工性能，从而产生具有不同几何形状的驱动器。NPDOU和CPDOU层在室温下均显示出自愈合性。在25℃下愈合4天后，NPDOU和CPDOU的拉伸强度分别达到1.96±0.21MPa和2.46±0.36MPa(图14a-b)。双层驱动器是由NPDOU和CPDOU构成，所以在室温下也具有一定的自愈合性能。
为了验证驱动器的自愈性可以满足宏观任意愈合-组装策略的要求，设计了两种愈合模式：翻转愈合(Reversed healing mode)和非翻转愈合(Unreversed healing mode)对双层驱动器的愈合性能进行测试。在非翻转愈合模式下，将双层驱动器切成两片，轻轻地接触使其愈合(图3a)。在翻转愈合模式下，将被切开的一块反转，再使两个断面轻轻接触以愈合(图3b)。由于断面处动态DOU键和可逆氢键的重建，驱动器在室温下表现出自愈能力。在室温愈合15min后，在两种模式下愈合样条均可以被拉伸到至少200％而不发生断裂(图3c和3d)。随着愈合时间的延长，其力学性能不断恢复。在室温愈合4天后，非翻转愈合样条的拉伸强度恢复到1.23±0.13MPa，断裂伸长率恢复到376±26％(图3e)；翻转愈合样条的拉伸强度恢复到1.54±0.32MPa，断裂伸长率恢复到397±47％。两种愈合模式愈合的样条展现出相似的力学性能(图3f)，表明不同愈合模式对愈合驱动器的力学性能无影响。驱动器在两种模式下的室温自愈合能力确保了单个驱动器能够轻松切割和重新组装，以展现出可重构多模式驱动。
利用MDHA策略实现驱动器的可编程驱动
对于驱动器，在一定刺激下产生复杂可控的变形对其应用是有价值的。各向异性结构在控制驱动器的驱动方面起着关键作用。MDHA策略能够被用来有效地制造驱动器的复杂各向异性结构并实现驱动器的可编程驱动。该策略有两个步骤。首先，用刀切割已提前制备好的PDOU弹性体，以获得设定形状的模块单元。第二，这些模块单元按一定的排列方式相互接触以组装成驱动器。由于驱动器具有一定的室温自愈合性，不同的模块能够在室温愈合成整体，单元之间的界面相互作用能够承受反复变形，而不发生粘结失效。由于不同单元的响应能力不同，组装的驱动器根据单元的排列组合在溶剂刺激下展现出预先设计的复杂驱动行为。该过程无需借助外界刺激和精密设备可在室温下进行的。复杂的各向异性结构可通过简单模块的灵活组装获得，避免了在驱动器制造过程中精细地控制制备条件。
为了验证宏观任意组装-愈合策略能够可用于构造具有复杂各向异性结构的驱动系统，根据这种策略用各向异性模块(双层膜结构)和各向同性模块(NPDOU)制备了各种具有不同驱动的驱动器。双层膜被切成两个矩形模块。将其中一个翻转后与另一模块被轻轻接触，室温放置4天使其愈合形成一个两段式驱动器(图4a)。在氯仿气体刺激下，两个模块均能快速弯曲。由于作为活性层的CPDOU位于两个模块中不同面，组装的两段式驱动器在溶剂刺激下变为了“S”形(图4b)。其上段和下段的曲率不同是由于溶剂气体含量在纵向上存在差异。同理，根据宏观任意组装-愈合策略，很容易地制造了一个具有翻转中间段的三段式驱动器，其在溶剂气体刺激下能够产生波浪状的弯曲(图4c)。引入各向同性模块作为非活性结构，能够使组装的驱动器产生更复杂的变形驱动。其中各向异性模块可以作为局部铰链来带动其他模块。将两个双层模块作为铰链将三个各向同性(纯NPDOU)模块连接在一起，制造出一个五段式驱动器。在滴加溶剂对驱动器进行刺激后，弯曲变形只局限于设定的铰链部分(各向异性模块)；各向同性模块处发生各向同性膨胀没有观察到弯曲变形。弯曲的铰链能够支撑起各向同性单元的质量，使其立起，驱动器形成一个“U”形(图4d)。各向异性模块的长度小于各向同性模块，这表明各向异性模块在响应后所产生的力能够有效地支撑起其他模块。还设计了另一个具有三个各向异性模块和两个各向同性模块的五段式驱动器(图4e)。在溶剂刺激下，各向异性模块弯曲，使驱动器形成心形。使用不同的响应性模块制造具有复杂驱动的3D驱动器。类鱼形驱动器是由各向异性模块和各向同性模块构筑的(图4f)。鱼鳍和鱼尾由各向异性双层结构组成，其余部分由各向同性结构组成。在溶剂刺激下，鱼的鳍和尾发生弯曲；撤去溶剂后恢复其原来的形状。整个过程类似于鱼类的“游泳”。通过自由设计模块的数量、形状和排列，组装的驱动器能够在溶剂刺激下展现出传统的制造方法难以实现的更多样化的二维或三维变形。值得注意的是，所有上述组装驱动器的组装-愈合过程都是在不借助任何外加刺激在室温下进行的。这些驱动装置在驱动中表现出良好的结构完整性，表明室温愈合的组装模块之间存在较强的界面相互作用来避免粘接失效；在室温下施行组装-愈合策略是可行的。
利用MDHA策略实现驱动器的可重构驱动
将在溶剂蒸气中变为“C”形的双层驱动器切割成两段，并按相反的顺序重新组装。组装后的驱动器在溶剂刺激下呈“S”形变形。将两段式驱动器沿愈合界面拆卸成初始的两个模块单元，将这些模块按原来的顺序重新组装，驱动器恢复到初始状态，在溶剂刺激下变为“C”形。同理利用宏观任意组装-愈合策略，将恢复的双层驱动器再组装为三段式驱动器，其在溶剂蒸气中变为波浪形。通过宏观任意组装-愈合策略，使一个长条状的驱动器展现了“C”形、“S”形、波浪形三种不同的驱动行为，有效实现了可重构驱动(图5a)。制备了一个人形驱动器。使用宏观任意组装-愈合策略，可以改变“手臂”、“身体”和“腿”的排列，人形驱动器的驱动变形能够很容易在跪姿、拥抱和瑜伽坐角式三种姿势中相互切换实现重构驱动(图5b)。还将一个在溶剂蒸气下发生弯曲变形的长条状驱动器重构成一个四臂式驱动器(图15a-b)。在溶剂刺激下这个四臂式驱动器能够举起一个为驱动器自重1.5倍的铝板(图5c)。驱动器的拆卸及模块的再组装过程是任意灵活的。通过合理的设计，驱动器可以重构出更多适合实际应用的变形。从理论上讲，使用MDHA策略，驱动器可以具有无数的可逆的重构驱动。
结论
总而言之，本发明建立了一种简单的宏观任意组装-愈合(MDHA)策略，以基于自愈合的PDOU弹性体有效地制造具有可重构能力的复杂驱动器。与先前报道的制造各向异性结构的复杂方法不同，MDHA策略不需要在合成过程中精确控制实验条件。由于动态DOU键而具有室温自修复能力的不同交联度的模块单元(PDOU弹性体)可在25℃的温度下无缝愈合成驱动器。组装的驱动器的驱动行为由模块单元的排列和形状控制。使用的MDHA策略有效地构造了驱动器和机器人，通过简单拆卸和重新组装很容易改变它们的各向异性结构并产生多样化、可重构的多模式驱动行为。重构性能赋予驱动器的适应性增强了它们在各种实际应用中的潜力。值得注意的是，与先前报道的策略相比，MDHA策略是在室温下进行的，无需任何外部刺激或处理。因此，MDHA策略展现出具有前所未有的简单性，高效和通用性，并有可能扩展到其他具有多种刺激响应性的自愈材料。具有不同的刺激响应，不同机械性能和相同动态键的模块单元可以无缝愈合形成软机器人中，这有利对软机器人的制造和开发。MDHA可以重新配置软机器人并实现它们表现出多种驱动模式。因此，这样的机器人可以适应多种环境，因此可以完成各种各样复杂的任务，为智能软机器人的设计和制造提供了新的启发。

Claims (7)

1.一种基于自愈合弹性体的可重构驱动器，其特征在于：由自愈合的非交联的PDOU薄膜NPDOU和交联的PDOU薄膜CPDOU组成。
2.根据权利要求1所述的可重构驱动器，其特征在于：所述NPDOU和CPDOU由聚四氢呋喃二醇PTMG、丁二酮肟DMG、二苯基甲烷二异氰酸酯MDI和二亚乙基三胺DETA缩聚而得。
3.根据权利要求1所述的可重构驱动器，其特征在于：所述NPDOU的结构式为：
Figure FDA0002874792930000011
所述CPDOU的结构式为：
Figure FDA0002874792930000012
其中，m,n,x的数值范围为m/n＝1/1-4/1，n＝8-40，x＝7-28。
4.根据权利要求1所述的可重构驱动器，其特征在于：所述驱动器根据MDHA策略通过裁剪和组装-愈合过程在不借助外界物理化学刺激下修改了各向异性结构得到再组装的驱动器。
5.根据权利要求1所述的可重构驱动器，其特征在于：所述MDHA策略为：用刀切割已制备好的NPDOU和CPDOU或已组装的驱动器，获得设定形状的模块单元；随后将模块单元按一定的排列方式相互接触使各模块单元相互愈合以组装成驱动器。
6.一种基于自愈合弹性体的可重构驱动器的制备方法，包括：
将聚四氢呋喃二醇PTMG、丁二酮肟DMG、二苯基甲烷二异氰酸酯MDI和二亚乙基三胺DETA按摩尔比1:2-5.75:1-4:0-0.5通过缩聚反应得到NPDOU和CPDOU；将NPDOU薄膜和CPDOU薄膜室温下重叠，在室温下维持4-5天即得基于自愈合弹性体的可重构驱动器。
7.一种如权利要求1所述的基于自愈合弹性体的可重构驱动器在软体驱动器中的应用。
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