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  軟體機器人在環(huán)境探測、信息采集、緊急救援、智能裝備、人-機-環(huán)境交互等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用需求。目前大多數(shù)軟體機器人運動模式單一，無法實現(xiàn)多環(huán)境適應(yīng)性運動與環(huán)境自主感知。光熱響應(yīng)軟體機器人具有刺激源豐富、響應(yīng)快速和高環(huán)境適應(yīng)性等優(yōu)勢。現(xiàn)有的光熱致動器大多通過在柔性基質(zhì)中整合各類光熱填料實現(xiàn)，其微觀結(jié)構(gòu)、力學性能和局部響應(yīng)可調(diào)控性較差，限制了結(jié)構(gòu)/性能可編程軟體機器人的開發(fā)。當前，微結(jié)構(gòu)主導光熱致動的智能響應(yīng)材料研究較少，主要挑戰(zhàn)在于難以精確協(xié)同材料的機械變形性和光熱響應(yīng)性。多孔材料（例如氣凝膠）通常具有較高比表面積，能夠提供蜿蜒曲折的透光路徑，減少光學散射/反射損失，從而提高光熱轉(zhuǎn)換效率，但這類塊體多孔材料的高厚度限制了其致動性能。相比之下，微纖維膜（MFF）具有微觀結(jié)構(gòu)和機械性能易調(diào)控性，為實現(xiàn)以微觀結(jié)構(gòu)主導的可編程光熱致動器提供了理想素材。

  傳統(tǒng)MFF機械強度較差，難以實現(xiàn)高效致動性。當前，尚缺乏一種策略，能夠兼顧光熱致動器在微結(jié)構(gòu)、材料與功能方面的靈活性與可編程性，以同步實現(xiàn)結(jié)構(gòu)光熱效應(yīng)、機械可變形性、致動可設(shè)計性與環(huán)境感知功能。MFF在結(jié)構(gòu)和力學性能方面具備高設(shè)計性，有望克服領(lǐng)域挑戰(zhàn)，開發(fā)以結(jié)構(gòu)光熱效應(yīng)為主導、具備優(yōu)異機械性能的高性能光熱致動器，并賦予其同步的電學感知能力。例如電磁輻射（EMR）（一種廣泛存在于環(huán)境中的污染/危害源）的多場景動態(tài)檢測，對提升生產(chǎn)/生活環(huán)境安全性有重要意義。目前，尚未有環(huán)境EMR感知型光熱致動器及多環(huán)境自適應(yīng)運動軟體機器人的報道。

圖1. EMR感知型光熱增強MFF致動器

圖2. 機械-光熱協(xié)同增強的HP-P致動器

圖3. 熱壓可編程光熱致動器和機器人

圖4. EMR感知型陸地機器人

圖5. EMR感知型水生和兩棲機器人

  利用HP-P薄膜的疏水性和光熱效應(yīng)，可在水上產(chǎn)生Marangoni推進力，實現(xiàn)光熱操控的多方向和曲線運動。通過在HP-P致動器邊緣部署B(yǎng)P光熱增強圖案，可提升光熱Marangoni推進力，實現(xiàn)了物體裝載、運輸及水上迷宮穿越。受此啟發(fā)開發(fā)了水陸兩棲機器人，通過足部BP圖案增強光熱效應(yīng)，結(jié)合仿生“竹筏”中空陣列結(jié)構(gòu)，提高了浮力和方向穩(wěn)定性，實現(xiàn)了水上可控運動。該兩棲機器人無論在水面還是陸地均能穩(wěn)定感知EMR，顯示出高靈敏動態(tài)EMR檢測能力（圖5）。

  論文信息：M Wu, X Zhou, J Zhang, L Liu, S Wang, L Zhu, Z Ming, Y Zhang, Y Xia, W Li, Z Zhou, M Fan, J Xiong*, Microfiber Actuators With Hot-Pressing-Programmable Mechano-Photothermal Responses for Electromagnetic Perception, Advanced Materials, 2024, 10.1002/adma.202409606.

  全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202409606

  課題組主頁：https://www.x-mol.com/groups/xiong_jiaqing