生命有機(jī)體通過(guò)自主反饋和有效的運(yùn)動(dòng)策略表現(xiàn)出獨(dú)特的能力，如蚯蚓爬行、魚(yú)的游動(dòng)和跳躍等，這種動(dòng)態(tài)適應(yīng)性激發(fā)了科學(xué)家們尋找類似的運(yùn)動(dòng)機(jī)制應(yīng)用于仿生機(jī)器人領(lǐng)域。但大多數(shù)驅(qū)動(dòng)器功能單一、應(yīng)用場(chǎng)景有限，嚴(yán)重影響其進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和利用。因此，開(kāi)發(fā)出適用于多場(chǎng)景應(yīng)用、多功能驅(qū)動(dòng)的響應(yīng)性驅(qū)動(dòng)器件具有重要意義。

圖1. 仿生彈涂魚(yú)爬行、游動(dòng)、跳躍理念及光驅(qū)動(dòng)薄膜的制備和表征

　　受彈涂魚(yú)陸地爬行、液面游動(dòng)和跳躍的啟發(fā)，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周峰研究員團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種內(nèi)置多孔結(jié)構(gòu)的多功能光驅(qū)動(dòng)和多場(chǎng)景應(yīng)用的仿生機(jī)器人（圖1）。在光刺激下，驅(qū)動(dòng)薄膜可以迅速在水面游動(dòng)，這是由于受光熱效應(yīng)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(dòng)，即馬蘭戈尼效應(yīng)（圖2a-c）。研究人員使用ANSYS軟件建立有限元模型模擬并計(jì)算了薄膜的溫度和應(yīng)力場(chǎng)，證實(shí)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(dòng)薄膜液面運(yùn)動(dòng)行為機(jī)理研究

圖3. 光驅(qū)動(dòng)機(jī)器人液面預(yù)設(shè)路徑游動(dòng)、自主轉(zhuǎn)動(dòng)、載重、液下爬行和跳躍行為

　　通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和對(duì)光的有效控制，驅(qū)動(dòng)薄膜可以在水面上沿預(yù)先設(shè)計(jì)的路線完成直線、轉(zhuǎn)彎、旋轉(zhuǎn)和后退等運(yùn)動(dòng)（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(yùn)動(dòng)（圖3b），驅(qū)動(dòng)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(dòng)器可以在極短的響應(yīng)時(shí)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(dá)14.3cm（圖3d）。

　　研究人員研制的驅(qū)動(dòng)薄膜可以像彈涂魚(yú)一樣具備在空氣介質(zhì)中彎曲、空氣/液體界面游動(dòng)、液體介質(zhì)跳躍等行為。這種兼具多功能驅(qū)動(dòng)行為和多場(chǎng)景應(yīng)用特性的驅(qū)動(dòng)器對(duì)光響應(yīng)材料的簡(jiǎn)單模塊化結(jié)合具有重要意義，對(duì)仿生驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和在微型機(jī)器人、傳感器和響應(yīng)性運(yùn)動(dòng)等領(lǐng)域的應(yīng)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(yáng)陽(yáng)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(tái)先進(jìn)材料與綠色制造山東省實(shí)驗(yàn)室、北京理工大學(xué)合作完成。

　　以上研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中科院特別研究助理項(xiàng)目等的支持。