通過將微觀分子排列與宏觀幾何結構相整合，就可以讓液晶凝膠變身為智能軟體機器人，在水環境中進行游泳、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，提出并實現了一種單片式、光響應的水下拓撲液晶凝膠剪紙的設計策略。相關研究成果發表于材料科學領域的國際頂級期刊《先進功能材料》雜志。
區別于傳統機器人采用電機驅動，在液體中行動經常需要連接纜繩，軟體機器人的驅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，充分發揮其通過光響應能實現可編程形變的優勢，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控過程。在連續的光照刺激下，形態各異的液晶凝膠就可以在水環境中實現全空間的多功能水下運動。
合作團隊制造出能夠在水環境中完成復雜形狀轉變并展現獨特運動的軟材料液晶凝膠，實現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新游泳模式，在包括生物醫學工程、機器人技術和材料科學在內的多個領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
