當(dāng)前大多數(shù)柔性智能驅(qū)動器在受到外部能量刺激時只能實現(xiàn)單向變形，并在達(dá)到最大變形量后保持形變。為了實現(xiàn)多次可重復(fù)的驅(qū)動行為，通常需要對驅(qū)動器施加周期性的能量刺激，但這無疑會增加操作系統(tǒng)的復(fù)雜性。
近年來，研究人員致力于開發(fā)能夠在持續(xù)刺激下實現(xiàn)連續(xù)和自主運(yùn)動的柔性智能驅(qū)動器。最典型的例子是基于光驅(qū)動變形引發(fā)的自陰影效應(yīng)的光響應(yīng)自振蕩器，其可以在恒定光照射下實現(xiàn)自持續(xù)的振蕩行為。然而，當(dāng)前的光響應(yīng)自振蕩器依然存在一些問題有待進(jìn)一步解決。首先是缺乏多向可控性。目前大多數(shù)光響應(yīng)自振蕩器通常只能在適當(dāng)入射角的光照射下產(chǎn)生自持續(xù)振蕩行為。當(dāng)光源的入射角太小或太大時，驅(qū)動器無法在系統(tǒng)中建立穩(wěn)定的負(fù)反饋回路，只能實現(xiàn)簡單的驅(qū)動變形。其次，工作光強(qiáng)較大。為了充分利用自然界中豐富的太陽能資源，拓展光響應(yīng)自振蕩器的未來應(yīng)用場景，有必要開發(fā)能夠在一個太陽能級（100 mW/cm2）甚至更低光強(qiáng)下工作的自振蕩器。
為了解決上述問題，合肥工業(yè)大學(xué)胡穎、常龍飛團(tuán)隊聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)彭慶宇教授團(tuán)隊開發(fā)了一種基于Ti3C2Tx MXene、鍍銅聚酰亞胺（PI-Cu）、以及聚乙烯（PE）的多層復(fù)合膜柔性驅(qū)動器，該驅(qū)動器可以在空氣中工作，并在恒定的光照下產(chǎn)生自持續(xù)振蕩行為。更重要的是，即使光源的入射角發(fā)生變化，該驅(qū)動器也可以自主跟蹤入射光并產(chǎn)生向光自振蕩運(yùn)動。該驅(qū)動器可以在各種光源下實現(xiàn)自持續(xù)向光振蕩行為，包括近紅外激光、紅色激光、綠色激光、白色LED光以及模擬太陽光，其最小工作光強(qiáng)低至50 mW/cm2。通過調(diào)節(jié)刺激強(qiáng)度，可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)驅(qū)動器的振幅和頻率。該研究以題為“MXene-Based Soft Actuators With Phototropic Self-Sustained Oscillation for Versatile Applications in Micro Robotics”的論文發(fā)表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上。哈爾濱工業(yè)大學(xué)助理研究員徐亮亮，合肥工業(yè)大學(xué)碩士研究生徐英奇為論文的共同第一作者。
圖1 MXene/PI-Cu/PE多層復(fù)合膜驅(qū)動器的光響應(yīng)自持續(xù)振蕩行為及振蕩機(jī)制
圖2 復(fù)合膜驅(qū)動器在白色LED光照下的向光自振蕩行為
圖3 基于該復(fù)合膜驅(qū)動器的智能應(yīng)用
基于該多層復(fù)合膜驅(qū)動器的向光自持續(xù)振蕩行為，展示了其在信號發(fā)射器、光驅(qū)動帆船、光-機(jī)械電機(jī)以及具有仿生運(yùn)動的軟機(jī)器人等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景。與以往的工作相比，基于該復(fù)合膜驅(qū)動器的智能應(yīng)用可以在較低的光照強(qiáng)度下實現(xiàn)。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202414338
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