【仪表网 研发快讯】近期，中国科学院合肥物质院固体所高分子与复合材料研究部田兴友研究员和张献研究员团队受叶脉和叶肉启发，利用激光刻蚀在液态金属/低膨胀聚酰亚胺(LM@PI)薄膜上加工出超结构，经聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装制备了LM@PI/PDMS光热致动器。该策略解决了光热致动器承载性能和响应速度不兼容的问题，相关结果以“Leaf Vein-Inspired Programmable Superstructure Liquid Metal Photothermal Actuator for Soft Robots”为题发表在材料类 TOP期刊 Advanced Materials (Adv. Mater. 2025, 2416991)上。
基于不对称热膨胀的光热致动器，其响应速度、形变程度和承载性能是一对矛盾体。轻薄的光热致动器响应速度足够快，形变量足够大，但是强度小，几乎不能承重。厚重的光热致动器具有不错的承重性能，但是响应速度和形变程度又会大打折扣。因此，液态金属光热致动器应运而生。与传统光热材料(碳材料、贵金属纳米颗粒等)不同，LM微球赋予聚合物光热特性的同时并不会提高聚合物的强度。尽管LM优势众多，但单纯引入LM微球对光热致动器的改善仍然有限。
叶脉，植物输送营养、无机盐和水分的微管束，可作为骨架支撑叶片并控制叶片的形态。而薄叶肉能减轻叶片的质量且降低叶片弯曲的阻力。基于此原理，设计具有叶脉状结构的LM光热致动器可以提高其承载能力，确保快速响应，并赋予其可编程变形功能。
鉴于此，受到植物叶脉启发，研究团队使用激光在LM@PI薄膜上有序刻蚀出石墨烯沟槽，并以PDMS封装制备出了初始形态和形变均可编程的LM@PI/PDMS光热致动器。类叶脉结构保证了致动薄膜响应速度，并大幅提升了承载能力。基于此，研究人员成功设计出集爬行、跳跃、游泳、站立于一体的光驱机器狗和高速振荡器等。该研究首次将超结构引入可编程LM光热致动器中，为设计和制备LM可编程光热致动器提供了新策略。各种机器人和智能系统的成功设计和展示将推动LM光热致动器的研究和实际应用。
固体所田兴友研究员和张献研究员为文章的共同通讯作者，博士生李宵飞为论文第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金、合肥物质院院长基金、江淮前沿技术协同创新中心追梦基金和中央引导地方科技发展专项基金支持。
图1. 受叶脉启发的可编程液态金属光热致动器。
图2. 基于优异性能和编程结构，设计出的集爬行、跳跃、游泳、站立于一体的光驱机器狗和高速振荡器。
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