科技日报记者 吴长锋
记者6日从中国科学院合肥物质科学研究院获悉，该院固体所田兴友研究员和张献研究员团队受植物卷须启发，利用液态金属微球的光热效应开发了基于不对称热膨胀的液态金属 /聚酰亚胺 /聚四氟乙烯可编程光热致动器。该光热致动器在柔性机器人、智能设备和仿生系统领域展现出广阔的应用前景。相关成果作为封面文章日前发表在材料类期刊 《先进功能材料》上。
光热致动器可以将光能通过热能转化为机械能，凭借结构简单、构筑方法便捷、光源清洁可持续等特点，引起了研究人员的极大关注。然而，构筑光热致动器的常用光热填料碳材料和金属微晶是刚性填料，会降低基底的柔韧性和光热致动器的响应速率。液态金属作为一种新兴柔性填料，其微球与其他金属颗粒类似，且具有优异的光热性能，可用于制备光热致动器。
不对称热膨胀是构筑光热致动器的基本原理，但尚未用于构筑可编程液态金属光热致动器。基于不对称热膨胀的液态金属光热致动器也无法满足需要多种动作的复杂应用，大大限制了光热致动器的应用。因此，构筑基于不对称热膨胀的可编程液态金属光热致动器并丰富其动作至关重要。
鉴于此，受植物卷须的启发，研究人员通过引入聚四氟乙烯带作为“可以收缩和弯曲的原生质层”，构筑了基于不对称热膨胀的可编程液态金属光热致动器。该可编程液态金属光热致动器具有形变大、响应快、稳定性优异和高承重等优点。研究人员进一步对该可编程液态金属光热致动器进行了建模，通过有限元分析准确预测了弯曲形貌。
这项研究基于初始形态的可编程性和模型预测，成功设计出具有爬行、滚动、游泳、抓取、搬运等多种功能的机器人。该成果为光热致动器的设计提供了新策略，并使得光热致动器未来在仿生系统和机器人领域的发展应用成为可能。
（中国科学院合肥研究院供图）