智能软致动器的发展正逐步强调将环境感知功能融入驱动系统，从而增强人工系统的适应性和交互性。在当前软致动器的传感与驱动功能通常分离的背景下，本研究提出了一种基于“介电极化-电热转换-热驱动”三效耦合的自主三维非接触式传感致动器（NSA）。具体而言，该NSA混合膜由多个相互渗透的网络构成：包含用于静电场传感和极化的氮化硼纳米片（BNNS）介电网络、用于介电增强和电热转换的银纳米线（AgNWs）渗流网络，以及用于方向驱动的热收缩形状记忆纤维（SMF）与热膨胀聚二甲基硅氧烷（PDMS）网络。基于静电场与介电极化原理，SMF/BNNS复合纤维膜（SMF-BN）能够实现非接触式三维运动感知、物体静态/动态状态识别及材料分类功能。其输出的传感电位可激活内置银纳米线（AgNWs）纳米网络加热器，从而触发非接触式传感器（NSA）的电热驱动。作为仿生舌状结构，该传感器通过无缝能量转换机制，在感知猎物接近与捕获过程中实现了自主非接触式“感知-决策-执行”闭环。这项创新传感执行器为未来可穿戴设备及人机环境交互技术提供了多模态整合解决方案。

图1.期刊封面图

上图为西西智研制作

图2.非接触式“感知-决策-执行”一体化功能生物系统与人工系统的对比示意图。(a)鸭嘴兽通过喙部电感受器感知猎物运动，并最终完成捕获。(b)用于非接触式感知与执行的人工自主三维传感器执行器。(c)本研究中集成“感知-决策-执行”功能的逻辑信号生成与传输原理图。(d)柔软可拉伸NSA在扭转、弯曲和拉伸过程中的动态影像

图3.NSA多互穿网络结构的制备与表征。(a)电纺层压法制备NSA的示意图。分别展示纯样品(b)、SMF样品(c)、SMF-BN样品(d)、SMF-BN-AgNWs样品(e)的扫描电镜图像。(f)傅里叶变换红外光谱，(g)X射线衍射曲线，(h)差示扫描量热曲线，以及(i)SMF-BN(0)-(8)样品的导热系数与热扩散系数曲线。(j)SMF-BN(0)-(8)在25和50°C下的应力−应变曲线。(k)SMF-BN(0)-(8)与SMF-BN-AgNWs样品的介电常数变化曲线。

图4.非接触模式下NSA性能检测。(a) SMF-BN纤维膜及四种刺激材料对应的图像对比。(b)NSA非接触传感原理示意图。(c)NSA检测覆有PTFE膜的人类指尖运动的实拍图示。(d) COMSOL模拟NSA与带电物体接触时内部电场分布及磁力线畸变过程。(e)SMF-BN在检测覆有PTFE膜的手指接近-离开运动时的非接触输出电位（0−8）。(f)SMF-BN与SMF-BN-AgNWs复合膜在感知接近-离开运动及近静止状态下的典型非接触传感性能对比。(g)非接触式传感输出电位会随不同刺激物（聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、手掌、金属）在接近-离开运动中的变化而改变。(h)当聚四氟乙烯在3−20厘米范围内靠近或远离非刺激物时，输出电位会随距离产生波动。(i)对比自然状态与刺激状态下的输出电位差异，其中刺激状态包含聚四氟乙烯的非接触式接近-离开运动和接触分离运动

图5.NSA驱动性能与“感知-决策-驱动”一体化控制方案。(a)仿生舌捕食器设计示意图。(b)NSA非接触式“感知-决策-驱动”一体化控制路线图。(c)形状记忆纤维-苯乙烯-丁二烯共聚物复合材料（SMF-BN）在40°C时可从2厘米拉伸至4.5厘米，应变为125%。低温固定后，当温度回升至40°C时即可恢复原长。(d)预拉伸应变为125%的2厘米×1厘米SMF-BN带材受约束恢复力测试结果。(e)热处理过程中SMF-BN-PDMS复合材料弯曲角度与温度关系的数字图像。(f)SMF-BN与PDMS厚度比对驱动弯曲角度的影响关系。(g)不同银纳米线层电阻值的NSA在2V恒定电压下的电热性能对比。(h)采用5Ω银纳米线层的NSA在2V电压下电热触发弯曲驱动的红外热成像图。(i)模拟生物舌头捕获附近“猎物”的过程示意图。(j)模拟生物舌头通过感知不同材质（玻璃、纸张、芒果、PDMS和PTFE

该论文聚焦于自主 3D 自感应混合膜致动器在交互式通信领域的应用。研究通过创新的材料设计与结构构建，开发出一种具备独特自感应能力的混合膜致动器。此致动器能够实时感知外界刺激，并基于感知结果自主调整其 3D 形态，实现与环境的有效交互通信。在材料层面，采用多种功能材料复合，优化膜材料的响应特性与感应灵敏度；结构设计上，精心构建 3D 架构，赋予致动器灵活多变的运动模式。实验验证了该致动器在智能传感、人机交互等场景中的可行性，为交互式通信技术的发展提供了新的硬件基础与技术思路，有望打破传统通信设备在交互性、自主性方面的局限。

      未来，该技术可从三方面深入拓展。其一，提升致动器的感知精度与响应速度，拓展其可感知刺激的种类，增强对复杂环境的适应能力；其二，推动与通信算法、人工智能技术的融合，实现更智能、自主的交互决策，如根据环境变化自动选择最优通信策略；其三，探索小型化、集成化路径，将其应用于可穿戴设备、微型机器人等领域，实现无处不在的交互式通信体验，为智能生活、工业 4.0 等多领域发展注入新动力，开创人机物深度融合的交互通信新时代。

本文内容来自期刊ACS Appl. Mater. Interfaces 2025年发表, 第17卷,32867−32877页。 以Autonomous 3D Self-Sensing Hybrid Membrane Actuator for Interactive Communicating为题的文章。原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.5c04053

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