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  軟體致動(dòng)器是可以將外部刺激轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的智能器件，在傳感器、機(jī)器人、人造肌肉、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。作為軟體致動(dòng)器的一種，水凝膠致動(dòng)器不僅在外界環(huán)境的刺激下可以實(shí)現(xiàn)10倍以上的體積變化，而且其本身所具有的生物可兼容性、可降解特性使其在可控藥物輸運(yùn)、組織工程學(xué)、智能開(kāi)關(guān)等方面特別有用。目前，水凝膠致動(dòng)器在外部環(huán)境（例如：化學(xué)物質(zhì)，溫度，濕度，電場(chǎng)，光，等等）的刺激下可以實(shí)現(xiàn)行走、蠕動(dòng)、滾動(dòng)、抓取等功能。然而，水凝膠致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)主要依賴于水凝膠內(nèi)外部滲透壓的變化而導(dǎo)致的水凝膠自身體積的膨脹和收縮的過(guò)程，該過(guò)程不僅使水凝膠致動(dòng)器必須要在有水的環(huán)境中運(yùn)行，而且還導(dǎo)致了水凝膠致動(dòng)器具有運(yùn)動(dòng)速度慢、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等諸多劣勢(shì)，極大的制約了水凝膠致動(dòng)器的實(shí)際應(yīng)用。因此，如何實(shí)現(xiàn)在空氣中高速驅(qū)動(dòng)、快速響應(yīng)的水凝膠致動(dòng)器是這一研究領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。

  針對(duì)這一難題，近日，蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院董彬教授與德國(guó)馬普智能所Metin Sitti教授合作，以“In-air fast response and high speed jumping and rolling of alight-driven hydrogel actuator“為題在《Nature Communications》上發(fā)表論文。課題組利用丙烯酸鈉水凝膠和四氧化三鐵納米粒子這兩種組分之間的相互協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)了水凝膠致動(dòng)器在空氣中的快速響應(yīng)（800 ms）以及高速驅(qū)動(dòng)（高達(dá)1.6 m/s）。

  通過(guò)調(diào)節(jié)激光在水凝膠致動(dòng)器上的照射位置，可以控制致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)方向、軌跡和運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水凝膠致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的精確調(diào)控。在此基礎(chǔ)上，他們還實(shí)現(xiàn)了水凝膠致動(dòng)器在多種不同地形以及多種環(huán)境下的高效驅(qū)動(dòng)。這一工作不僅為設(shè)計(jì)具有優(yōu)異運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的軟體致動(dòng)器提供了新思路而且進(jìn)一步為其在生物醫(yī)療方面的應(yīng)用鋪平了道路。

  董彬課題組的博士生李明通為本文的第一作者，王鑫為本文的并列第一作者。本工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFE0306105）和國(guó)家自然科學(xué)基金資助（21574094）的資助。

  作者信息：Mingtong Li, Xin Wang, Bin Dong*，Metin Sitti*

  文章網(wǎng)址：https://www.nature.com/articles/s41467-020-17775-4