仿生葉脈光熱致動器：速度、強度與穩定性的完美平衡

近期，由中國科學院合肥物質科學研究院的田興有教授和張賢教授領導的研究團隊，在光熱致動器設計上取得了重大突破。他們開發出一種新型超結構液態金屬/低膨脹聚醯亞胺/聚二甲基矽氧烷（LM@PI/PDMS）致動器，成功結合了快速運動與卓越的負載能力，這在以往的致動器設計中一直難以實現。

「這個設計模仿了葉脈的結構，」團隊成員李小飛表示，「它平衡了致動器的強度和速度。」這項研究成果已發表在《Advanced Materials》期刊上。

設計光熱致動器的主要挑戰之一，在於響應速度與負載能力之間的權衡。薄的致動器可以快速響應，但缺乏強度；而厚的致動器雖然能承載更多重量，但速度較慢。液態金屬光熱致動器（LM-based）先前已顯示出潛力，但未能解決這一問題，因為LM微球提供了熱效能，卻未能顯著增強材料的強度。

在這項研究中，研究人員受葉片微血管網路的啟發，利用雷射蝕刻在LM@PI薄膜內建立了複雜的石墨烯溝槽。這些溝槽隨後被封裝在PDMS中，從而製造出一種可程式設計的致動器，兼具速度和負載能力。仿生葉脈結構使致動器能夠快速響應，同時保持強度和耐用性。

新的致動器設計結合了輕質材料的快速響應和厚材料的負載強度。團隊展示了這些致動器的潛力，創造出一種能夠爬行、跳躍、游泳和站立的光啟用機器狗，以及單極三擲開關和高速振盪器。

透過在設計中引入超結構，這項研究為設計更快、更強、更多功能的致動器開闢了新的途徑，在機器人和智慧系統中具有廣泛的應用前景。