近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員田興友和張獻(xiàn)團(tuán)隊(duì)，受植物卷須啟發(fā)，利用液態(tài)金屬微球的光熱效應(yīng)，開發(fā)出基于不對稱熱膨脹的液態(tài)金屬/聚酰亞胺/聚四氟乙烯(LM/PI/PTFE)可編程光熱致動器。該光熱致動器在柔性機(jī)器人、智能設(shè)備和仿生系統(tǒng)領(lǐng)域頗具應(yīng)用前景。
 

　　光熱致動器可以將光能通過熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，具有結(jié)構(gòu)簡單、構(gòu)筑方法便捷、光源清潔可持續(xù)等特點(diǎn)，因而備受關(guān)注。然而，構(gòu)筑光熱致動器的常用光熱填料(碳材料和金屬微晶)是剛性填料，會降低基底的柔韌性和光熱致動器的響應(yīng)速率。液態(tài)金屬(LM)作為新興柔性填料，其微球與其他金屬顆粒類似，且具有優(yōu)異的光熱性能，可用于制備光熱致動器。
 

　　不對稱熱膨脹是構(gòu)筑光熱致動器的基本原理，但未用于構(gòu)筑可編程液態(tài)金屬光熱致動器。基于不對稱熱膨脹的液態(tài)金屬光熱致動器無法滿足需要多種動作的復(fù)雜應(yīng)用，限制了光熱致動器的應(yīng)用。因此，構(gòu)筑基于不對稱熱膨脹的可編程液態(tài)金屬光熱致動器并豐富其動作至關(guān)重要。
 

　　鑒于此，受植物卷須的啟發(fā)，該研究通過引入聚四氟乙烯(PTFE)帶作為可以收縮和彎曲的原生質(zhì)層，構(gòu)筑了基于不對稱熱膨脹的可編程液態(tài)金屬光熱致動器。該可編程液態(tài)金屬光熱致動器具有形變大、響應(yīng)快、穩(wěn)定性優(yōu)異和高承重等優(yōu)點(diǎn)。研究進(jìn)一步對該可編程液態(tài)金屬光熱致動器進(jìn)行建模，并通過有限元分析(FEA)準(zhǔn)確預(yù)測了彎曲形貌。基于初始形態(tài)的可編程性和模型預(yù)測，科研人員設(shè)計(jì)出具有爬行、滾動、游泳、抓取、搬運(yùn)等多種功能的機(jī)器人。這一成果為光熱致動器的設(shè)計(jì)提供了新策略，并使得光熱致動器未來在仿生系統(tǒng)和機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用成為可能。
 

　　相關(guān)研究成果作為封面文章，發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、合肥研究院院長基金、中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金的支持。
 

受植物卷須啟發(fā)構(gòu)筑的可編程液態(tài)金屬光熱致動器
 

　　基于初始形態(tài)的可編程性和模型預(yù)測，設(shè)計(jì)出具有爬行、滾動、游泳、抓取、搬運(yùn)等多種功能的柔性機(jī)器人