生命有機體通過自主反饋和有效的運動策略表現(xiàn)出獨特的能力，如蚯蚓爬行、魚的游動和跳躍等，這種動態(tài)適應性激發(fā)了科學家們尋找類似的運動機制應用于仿生機器人領(lǐng)域。但大多數(shù)驅(qū)動器功能單一、應用場景有限，嚴重影響其進一步的開發(fā)和利用。因此，開發(fā)出適用于多場景應用、多功能驅(qū)動的響應性驅(qū)動器件具有重要意義。

圖1. 仿生彈涂魚爬行、游動、跳躍理念及光驅(qū)動薄膜的制備和表征

　　受彈涂魚陸地爬行、液面游動和跳躍的啟發(fā)，中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室周峰研究員團隊開發(fā)出了一種內(nèi)置多孔結(jié)構(gòu)的多功能光驅(qū)動和多場景應用的仿生機器人（圖1）。在光刺激下，驅(qū)動薄膜可以迅速在水面游動，這是由于受光熱效應的影響薄膜周圍液體表面張力變小，形成梯度張力，驅(qū)使薄膜向高表面張力區(qū)域移動，即馬蘭戈尼效應（圖2a-c）。研究人員使用ANSYS軟件建立有限元模型模擬并計算了薄膜的溫度和應力場，證實了這一現(xiàn)象的合理性（圖2d, f）。

圖2. 近紅外光刺激下，驅(qū)動薄膜液面運動行為機理研究

圖3. 光驅(qū)動機器人液面預設路徑游動、自主轉(zhuǎn)動、載重、液下爬行和跳躍行為

　　通過合理的設計和對光的有效控制，驅(qū)動薄膜可以在水面上沿預先設計的路線完成直線、轉(zhuǎn)彎、旋轉(zhuǎn)和后退等運動（圖3a），也可以在固定光源照射下像游輪螺旋槳一樣自行旋轉(zhuǎn)運動（圖3b），驅(qū)動薄膜還可以克服乙醇溶液的阻力，完成液下爬行（圖3c）。在光刺激下，驅(qū)動器可以在極短的響應時間（400ms）內(nèi)從液體介質(zhì)跳躍到空氣中，最高速度為2m/s，高度可達14.3cm（圖3d）。

　　研究人員研制的驅(qū)動薄膜可以像彈涂魚一樣具備在空氣介質(zhì)中彎曲、空氣/液體界面游動、液體介質(zhì)跳躍等行為。這種兼具多功能驅(qū)動行為和多場景應用特性的驅(qū)動器對光響應材料的簡單模塊化結(jié)合具有重要意義，對仿生驅(qū)動器的進一步開發(fā)和在微型機器人、傳感器和響應性運動等領(lǐng)域的應用也具有一定的參考和借鑒。

　　相關(guān)研究成果以“Toward a Multifunctional Light-Driven Biomimetic Mudskipper-Like Robot for Various Application Scenarios” 為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces(https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c03852)上。向陽陽為該論文的第一作者，于波研究員和周峰研究員為通訊作者，蘭州化物所作為第一單位與煙臺先進材料與綠色制造山東省實驗室、北京理工大學合作完成。

　　以上研究工作得到了國家自然科學基金重點項目、中科院特別研究助理項目等的支持。