可生物降解材料因其环境友好性,在软体机器人与柔性电子领域展现出巨大潜力。然而,传统软体机器人的传感器与执行器多依赖不可降解材料,导致电子废弃物积累与环境污染。近日,深圳大学研究团队系统综述了可生物降解材料在软体机器人传感器中的应用进展,包括可降解材料的分类和降解原理,并探讨了其在触觉、应变/压力、温度、湿度、气体及生物植入式传感器中的工作原理,为推动软体机器人的可降解技术研究提供了重要理论依据。
软体机器人因其优异的柔韧性、安全性和环境适应性,在医疗、救援、工业和探测等领域具有广泛应用。然而,其核心组件传感器与执行器多依赖传统不可降解材料,使用后易造成电子废弃物污染等问题,环境压力日益凸显。在此背景下,发展兼具高性能与环境可持续性的可降解材料成为前沿研究焦点。
近日,深圳大学物理与光电工程学院黄龙彪教授团队在期刊《Advanced Science》上联合发表了题为《A Review on Biodegradable Materials of Sustainable Soft Robotics and Electronics》的综述论文(DOI:10.1002/advs.202510320)。该文章系统综述了生物可降解材料在柔性电子与软体机器人领域的最新研究进展,深入探讨了材料降解机制、器件设计原理及未来发展方向,为环境友好型智能系统的构建提供了重要理论依据。硕士研究生韩佳欣为论文的共同第一作者。
图1.可降解材料的分类和在软体机器人领域的应用
文章首先从材料出发,介绍了常用于软体机器人传感器和制动器的可降解材料主要降解机制,并按功能分类为可降解金属、可降解聚合物、可降解半导体与绝缘体,应用于导电层、介电层、基底与封装等器件结构中。在器件层面,系统阐述了压阻式、电容式、压电式等可降解传感器的工作机制,以及基于热响应、电驱动或溶胀效应等的可降解执行器的驱动方式。这些应用于软体机器人的可降解传感器和制动器不仅能感知压力、应变、温湿度及气味,还为软体机器人在生物医学领域的应用提供了解决方案。通过材料设计与结构调控,器件及软体机器人能够实现感知、驱动与可控降解的功能一体化。
图2基于可降解材料的器件和软体机器人及其分解过程
可降解材料尽管在软体机器人及柔性电子领域显示出巨大潜力,但仍面临着降解速率可控性差、机械强度不足、规模化生产困难等问题。未来,该领域的研究方向将聚焦于可降解材料的多功能集成、环境响应性设计以及在可植入式传感等一次性使用场景中的实际应用。通过材料分子结构和器件结构设计,新一代可降解材料有望实现高性能、可降解和智能化的统一,推动软体机器人和柔性电子向更加绿色、可持续的方向发展。
文章链接:http://doi.org/10.1002/advs.202510320
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