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  軟體致動器是可以將外部刺激轉(zhuǎn)換為機械能的智能器件，在傳感器、機器人、人造肌肉、生物醫(yī)學等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。作為軟體致動器的一種，水凝膠致動器不僅在外界環(huán)境的刺激下可以實現(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、組織工程學、智能開關(guān)等方面特別有用。目前，水凝膠致動器在外部環(huán)境（例如：化學物質(zhì)，溫度，濕度，電場，光，等等）的刺激下可以實現(xiàn)行走、蠕動、滾動、抓取等功能。然而，水凝膠致動器的驅(qū)動主要依賴于水凝膠內(nèi)外部滲透壓的變化而導致的水凝膠自身體積的膨脹和收縮的過程，該過程不僅使水凝膠致動器必須要在有水的環(huán)境中運行，而且還導致了水凝膠致動器具有運動速度慢、響應(yīng)時間長等諸多劣勢，極大的制約了水凝膠致動器的實際應(yīng)用。因此，如何實現(xiàn)在空氣中高速驅(qū)動、快速響應(yīng)的水凝膠致動器是這一研究領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。

  針對這一難題，近日，蘇州大學功能納米與軟物質(zhì)研究院董彬教授與德國馬普智能所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)同作用實現(xiàn)了水凝膠致動器在空氣中的快速響應(yīng)（800 ms）以及高速驅(qū)動（高達1.6 m/s）。

  通過調(diào)節(jié)激光在水凝膠致動器上的照射位置，可以控制致動器的運動方式、運動方向、軌跡和運動速度，實現(xiàn)了對水凝膠致動器運動的精確調(diào)控。在此基礎(chǔ)上，他們還實現(xiàn)了水凝膠致動器在多種不同地形以及多種環(huán)境下的高效驅(qū)動。這一工作不僅為設(shè)計具有優(yōu)異運動性質(zhì)的軟體致動器提供了新思路而且進一步為其在生物醫(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。本工作得到國家重點研發(fā)計劃（2018YFE0306105）和國家自然科學基金資助（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