通過將微觀分子排列與宏觀幾何結(jié)構(gòu)相整合，就可以讓液晶凝膠變身為智能軟體機器人，在水環(huán)境中進行游泳、跳躍、滾動、行走、攀爬、搬運與踢球等多種復雜運動。記者近日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校物理系彭晨暉教授、蔣景華研究員和北京大學馮帆教授團隊合作，針對軟體機器人在水下如何高效、無纜、可編程地運動這一挑戰(zhàn)，提出并實現(xiàn)了一種單片式、光響應的水下拓撲液晶凝膠剪紙的設(shè)計策略。相關(guān)研究成果發(fā)表于材料科學領(lǐng)域的國際頂級期刊《先進功能材料》雜志。
區(qū)別于傳統(tǒng)機器人采用電機驅(qū)動，在液體中行動經(jīng)常需要連接纜繩，軟體機器人的驅(qū)動方式主要取決于它所使用的智能材料。合作團隊以液晶凝膠為基底，充分發(fā)揮其通過光響應能實現(xiàn)可編程形變的優(yōu)勢，在微觀層面進行編程，精確控制液晶分子的方向，再切割成所需的形狀，成功制作出具有仿生形態(tài)的液晶凝膠，完成了從納米級分子排列到厘米級宏觀形變的跨尺度調(diào)控過程。在連續(xù)的光照刺激下，形態(tài)各異的液晶凝膠就可以在水環(huán)境中實現(xiàn)全空間的多功能水下運動。
合作團隊制造出能夠在水環(huán)境中完成復雜形狀轉(zhuǎn)變并展現(xiàn)獨特運動的軟材料液晶凝膠，實現(xiàn)了拓撲缺陷與軟材料之間的成功整合。該成果不僅能夠模擬水生生物的行為，還能催生出超越自然能力的創(chuàng)新游泳模式，在包括生物醫(yī)學工程、機器人技術(shù)和材料科學在內(nèi)的多個領(lǐng)域具有重要應用潛力，為水下微型機器人、血管介入器械、智能傳感貼片等應用場景打開新通道。
責任編輯：陸迪
