韓國的研究人員近日揭示了一項在智能材料領域的突破，這項技術有望改變太空、機器人及可展開結構的應用。韓國高等科學技術院（KAIST）的團隊開發了一種雙向形狀記憶混合驅動器，能夠在不依賴傳統馬達的情況下實現快速的可逆運動。與傳統系統相比，這種輕量材料能夠對外部刺激（如熱量）做出反應。研究人員表示，他們的設計使該材料能夠在一秒內改變形狀並恢復到原始狀態，為高效的下一代驅動技術開啟了新的可能性。
形狀記憶材料（SMMs）正逐漸成為替代傳統馬達驅動系統的有前景選擇，尤其是在航空航天和機器人領域，減少重量和複雜性至關重要。這些材料能夠對外部刺激（如熱量或電力）改變形狀，提供更高效和緊湊的驅動方式。然而，現有的大多數 SMMs 限於單向、不可逆運動，使得重複使用變得困難，降低了它們在動態應用中的實用性。為了實現可逆的雙向驅動，研究人員開發了如半晶體網絡和液晶彈性體等系統，這些系統依賴於施加應力下的結構對齊。
在解決這些挑戰的過程中，研究團隊設計了一種混合複合驅動器，結合了形狀記憶合金（SMAs）和形狀記憶聚合物（SMPs）。SMAs 提供可靠的熱回復，而 SMPs 則提供靈活的、對刺激反應的變形。團隊進一步通過調整 SMP 的化學成分並用碳纖維增強其剛性和耐用性來提升性能。此外，設計中還整合了一種受彈簧啟發的結構，使得能量在變形過程中能夠快速釋放，從而實現更快速的驅動和提高精確度。
這種新設計的驅動器實現了全雙向運動，當加熱時會彎曲，冷卻後恢復至平坦狀態。研究人員強調，這種驅動器提供了顯著更寬的變形範圍，並且幾乎能夠百分之百恢復到原始形狀，運行速度達到亞秒級。該驅動器顯示出 8.6 倍更寬的可逆變形和 4.9 倍更快的反向恢復。這種驅動器在重複循環中保持穩定性能，無需複雜的控制系統，解決了傳統形狀記憶材料的一個長期限制。
這種速度、精確度和耐用性的結合，標誌著邁向實際應用的重要一步。團隊聲稱，這項技術可應用於各種領域，包括需要重複運動的機器人抓手，以及太空任務中對輕量和可靠驅動系統的需求。KAIST 機械工程系的金成洙教授在接受 TechXplore 訪問時表示，這項研究通過原創的結構設計克服了材料的物理限制，將形狀記憶驅動器的性能提升到新的水平。該研究論文已發表於《先進功能材料》期刊。
