近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所高分子與復(fù)合材料研究部田興友和張獻(xiàn)研究員團(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(kāi)發(fā)了基于不對(duì)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(dòng)器。該光熱致動(dòng)器在柔性機(jī)器人、智能設(shè)備和仿生系統(tǒng)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)結(jié)果以“Tendril-Inspired Programmable Liquid Metal Photothermal Actuators for Soft Robots”為題作為封面文章發(fā)表在材料類TOP期刊Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2310380(2023))上。      光熱致動(dòng)器可以將光能通過(guò)熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，憑借結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、構(gòu)筑方法便捷、光源清潔可持續(xù)引起了研究人員的極大關(guān)注。然而，構(gòu)筑光熱致動(dòng)器的常用光熱填料（碳材料和金屬微晶）是剛性填料，會(huì)降低基底的柔韌性和光熱致動(dòng)器的響應(yīng)速率。液態(tài)金屬（LM）作為一種新興柔性填料，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(dòng)器。

不對(duì)稱熱膨脹是構(gòu)筑光熱致動(dòng)器的基本原理，但尚未用于構(gòu)筑可編程液態(tài)金屬光熱致動(dòng)器?；诓粚?duì)稱熱膨脹的液態(tài)金屬光熱致動(dòng)器也無(wú)法滿足需要多種動(dòng)作的復(fù)雜應(yīng)用，大大限制了光熱致動(dòng)器的應(yīng)用。因此，構(gòu)筑基于不對(duì)稱熱膨脹的可編程液態(tài)金屬光熱致動(dòng)器并豐富其動(dòng)作至關(guān)重要。      鑒于此，受植物卷須的啟發(fā)，固體所研究人員通過(guò)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(duì)稱熱膨脹的可編程液態(tài)金屬光熱致動(dòng)器。該可編程液態(tài)金屬光熱致動(dòng)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)。研究人員進(jìn)一步對(duì)該可編程液態(tài)金屬光熱致動(dòng)器進(jìn)行了建模，通過(guò)有限元分析（FEA）準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了彎曲形貌?；诔跏夹螒B(tài)的可編程性和模型預(yù)測(cè)，成功設(shè)計(jì)出具有爬行、滾動(dòng)、游泳、抓取、搬運(yùn)等多種功能的機(jī)器人。該工作為光熱致動(dòng)器的設(shè)計(jì)提供了新策略，并使得光熱致動(dòng)器未來(lái)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。      田興友研究員和張獻(xiàn)研究員為文章的共同通訊作者，博士生李宵飛為論文第一作者。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、合肥物質(zhì)研究院院長(zhǎng)基金、中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)基金的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202310380

圖1. 受植物卷須啟發(fā)構(gòu)筑的可編程液態(tài)金屬光熱致動(dòng)器。

圖2. 基于初始形態(tài)的可編程性和模型預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)出具有爬行、滾動(dòng)、游泳、抓取、搬運(yùn)等多種功能的柔性機(jī)器人。