软材料初始自主小型机器东说念主的新篇章！九儿 巨乳

2024年10月4日，芬兰坦佩雷大学曾浩副教师汇报了一种以光为能源、能自我保管失衡畅通的软液晶弹性体环。在恒定的光激励下，环形物会因零弹性能量模式（ZEEM）的造成而发生自觉旋转。通过诓骗动态摩擦或阻力，基于零弹性能量模式的畅通地点不错在各式干燥和流体环境中进行光学戒指。作家展示了液晶弹性体环在斯托克斯气象下横向和纵向游动的智力。环体导航可扩展到三维空间，游动地点齐全可控。关联商议效劳以题为“Light-steerable locomotion using zero-elastic-energy modes”发表在《Nature Materials》上。

11月26日，浙江大学吴子良教师、郑强教师团队对该著作进行了回来和评述，以“Architectured soft materials as autonomous microrobots”为题发表在《Nature Materials》上。

吴子良教师和郑强教师

在生物系统中，自主畅通多量存在。这些系统简略从周围环境中取得能量，并通过反馈机制进行自我鼎新。然而，东说念主工软体机器东说念主通常需要依赖动态刺激或落寞的戒指系统来保管抓续的变形和畅通。对于在技艺不变条目下终了自抓续畅通的一语气体软体机器东说念主，关联报说念很少，而简略终了这一性格的小型化系统更是隐私。拓扑结构和对称性破缺已被用于赋予软材料物默然能，使其简略终了自鼎新初始和畅通。然而，狡计简略在多种环境中终了自抓续畅通和动态可控性的小型机器东说念主，仍然是一个高大的挑战。

最近，发表在《Nature Materials》上的一项商议中，报说念了一种毫米级环形机器东说念主。该机器东说念主通过诓骗光学戒指的摩擦力和阻力，在抓续照耀下不错终了一语气旋转，并简略在陆地和流体环境中进行定向畅通。这种小型机器东说念主是通过将液晶弹性体（LCE）纤维的两头联结造成环形结构制成的。该狡计引入了零弹性能模式，从而支柱自主畅通。零弹性能模式指的是具有一语气对称性破缺的凝华态物资中九儿 巨乳，以险些无需能量老本的模样存在的“流体能源学”气象，举例液晶的向列相。Baumann偏激团队曾将这一认识扩展到弹性材料鸿沟，并用零弹性能模式形容了尼龙和聚二甲基硅氧烷环状结构在加热板上阐明出的自抓续旋转自得。具有零弹性能模式的软材料的特色在于，它们在畅通流程中具有自雷同的形态和平坦的能量漫步，欧美色色就像一个球体在水平面上迤逦的气象。制造流程中引入的预应变拔除了环形结构旋转所需的能量摧毁，使零弹性能模式得以终了。在外部刺激下，产生的扭矩使环形结构抓续旋转。通盘结构的协同变形提供了一种集体智能，使其简略终了自鼎新和抓续畅通。零弹性能模式已被解说是一种灵验的机制，不错促成具有结构狡计的材料在非均衡气象下的畅通（图1a）。

图 1：拓扑结构促进的材料在恒定刺激下的自主畅通

该商议诓骗液晶弹性体纤维的快速各向异性反馈，狡计出了一种环形小型机器东说念主。这些纤维的热扩展通盘（α）不错通过介晶分子沿长轴或垂直于长轴的陈列模样来调控。当受热或照耀时，纤维阐明出可逆的减轻（α < 0）或扩展（α > 0）。当LCE环放手在加热板上时，由制造流程中的预应变激发的热应变垂直于原始预应变地点。这种静态与动态应变的耦合产生了一个扭矩，使环简略克服阻力并旋转。环的几何性格使其倾向于将热减轻区域与内圈几何压缩区域对皆，从而终澄澈能量最优气象。

当环形结构在抓续光照下受到光热应变激活时，也不错终了自抓续旋转。这种光热应变作用于环确现时顶面，使其旋转地点与加热板上的旋转地点相背。良友的光刺激激活了零弹性能模式（ZEEMs），并赋予了环形机器东说念主动态操控智力，这是终了无线小型机器东说念主的要津。通过定向光照，LCE环展示了多种环境下的畅通智力。在陆地环境中，歪斜的光照变嫌了环的温度漫步，生成了对基底的非对称摩擦力。围聚光源的一侧温度更高，材料变得更柔嫩，摩擦力增大，因此环形结构在旋转的同期会向隔离光源的地点迁徙，这与加热板上的飞速平移畅通不同。

在另一项现实中，商议团队将环（α < 0）吊挂在一根细线上，通过水平光照终澄澈逆向旋转和向光迁徙。环与细线的讲和提供了静摩擦力，使其简略结实迁徙。曾浩副教师团队还展示了环在充满甘油的玻璃导管内的可控畅通。在光照下，与导管内名义良好讲和的环的外圈产生了抓续旋转，同期摩擦力初始环（α > 0）向光源地点迁徙。

更令东说念主印象真切的是，这项商议还终澄澈环在Stokes流动（以粘性力为主导的畅通环境）中的光控游动。商议团队通过光照初始环并在高粘性液体（雷诺数约为0.0001）中操控其畅通，克服了这一挑战。当从顶部照耀时，环（α > 0）发生外翻旋转，自动游向光源。旋转产生的粘性阻力与环的名义积关联，环外名义的阻力较大，使其向光地点游动。而当α < 0时，环则朝隔离光源的地点游动。通过歪斜光照变嫌环周围的阻力漫步，不错再行诊治其游动地点。围聚光源的一侧温度较高，使周围环境的粘性镌汰，阻力减小，从而成为环的锚点，使其逐渐骤整地点朝向光源，直到光照漫步均匀。这种光初始的地点诊治使环简略在三维空间中终了受控轨迹导航。

该商议突显了零弹性能模式在狡计自抓续非均衡畅通软体机器东说念主中的各样性和后劲。这种毫米级LCE环诓骗光当作能源和操控器具，在多种环境中展示了自主旋转和平移智力。尽管手工制造当今放胆了更复杂架构的小型机器东说念主狡计，这项责任加深了对非均衡旨趣的清楚，并为狡计仿生软体机器东说念主开导了新地点。商议终结提示机器东说念主鸿沟，拓扑结构和对称性在物默然能中的时弊性，并启发探索软体机器东说念主动态操控性的战略。这些旨趣也适用于其他材料，助力建树更小、更生动、相宜更多极点环境的一语气体软体机器东说念主。

开首：高分子科学前沿

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