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從水生昆蟲身上獲得靈感

特種薄膜讓機(jī)器人“水上漂”

2025-09-30 科技日?qǐng)?bào) 劉霞
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美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)從自然界水黽等水生昆蟲身上獲得靈感,利用新型薄膜,研制出兩款能在“水上漂”的機(jī)器人原型裝置。研究成果發(fā)表于新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志。

新研制的兩款裝置各具特色:一款名為“HydroFlexor”,能通過模擬魚類的鰭狀運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)推進(jìn);另一款名為“HydroBuckler”,可仿效水黽的劃行動(dòng)作,以獨(dú)特的彎曲姿態(tài)在水面“漫步”。

要讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)水面漂浮與運(yùn)動(dòng),必須配備超薄的柔性特種薄膜。傳統(tǒng)制作工藝需在玻璃等剛性基底上加工薄膜,再轉(zhuǎn)移至水面,此過程極易導(dǎo)致薄膜破損。而新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在液面上直接制造薄膜——團(tuán)隊(duì)先將液態(tài)聚合物油墨滴注于水面,待其自然擴(kuò)散形成超薄無縫膜層,再通過激光切割技術(shù),直接在水面塑造出機(jī)器人的肢體與軀干輪廓。

這些特殊薄膜采用雙層復(fù)合結(jié)構(gòu),當(dāng)受到外部紅外線照射時(shí),因兩層材料熱膨脹率差異會(huì)產(chǎn)生彎曲形變,從而將熱能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)力。

這一技術(shù)不僅規(guī)避了柔性材料制造中棘手的轉(zhuǎn)移破損難題,更打通了從薄膜制備到結(jié)構(gòu)成型的全流程,為在液態(tài)環(huán)境中直接構(gòu)建功能型柔性器件開辟了新途徑。而且,這項(xiàng)突破性技術(shù)兼具廣泛適用性與可擴(kuò)展性:既能適配多種油墨與液體組合,又具備大規(guī)模生產(chǎn)潛力。最終,科學(xué)家將脆弱的薄膜材料轉(zhuǎn)化為堅(jiān)固實(shí)用的水上設(shè)備,廣泛應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)、災(zāi)害救援、環(huán)境感知等領(lǐng)域。

團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào),此項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用前景遠(yuǎn)超機(jī)器人范疇。它還可用于制造可穿戴醫(yī)療設(shè)備所需的超薄彈性薄膜,甚至為下一代電子產(chǎn)品研制高耐久性柔性元件。

打印 責(zé)任編輯:曹旸

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