80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

  自然界中的水棲生物能夠通過多種運動方式在液體介質(zhì)中自由運動，如魚類鰭的擺動、海龜四肢的拍打、頭足類動物的噴氣推進等。受到水棲軟體生物的啟發(fā)，近年來，研究人員利用智能軟材料開發(fā)出了一系列能夠響應外界刺激的水棲軟體機器人，它們在外界刺激下（如電場、磁場、光、熱、濕度等）能夠在水中或水面上運動。水上行走是自然界中某些生物特有的運動方式，例如，水黽的腿上覆蓋著大量定向的剛毛和細小的納米溝槽，這種顯著的微納分級復合結(jié)構(gòu)賦予其超疏水性，使它們能夠毫不費力地站立在水面上；此外，水黽會像劃槳一樣擺動它們的腿，在水中制造出螺旋狀旋渦，借助旋渦的推動力在水面上快速行走。受水黽水上行走機制的啟發(fā)，科學家們設計并制備了電場驅(qū)動的水上行走軟體機器人。光能作為一種綠色能源，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程、時空等精確控制，然而，如何實現(xiàn)光驅(qū)動水上行走軟體機器人是目前所面臨的挑戰(zhàn)。

  近日，天津大學封偉教授團隊（FOCC實驗室）開發(fā)了一種仿生水黽光驅(qū)動水上行走軟體機器人，將光響應液晶聚合物（LCN）薄膜作為“腿”為其提供驅(qū)動力，而具有微納分級結(jié)構(gòu)的超疏水表面為其提供支持力使其能夠漂浮在水面上。作者首先設計并制備了可紫外光聚合的超小金納米棒單體（MiniGNRs nanomonomer），將超小金納米棒原位交聯(lián)到LCN中獲得超小金納米棒復合液晶薄膜（MiniGNRs-LCN）。在近紅外光（NIR）照射下，由于MiniGNRs優(yōu)異的光熱效應，MiniGNRs-LCN薄膜迅速發(fā)生彎曲形變，進而帶動末端的超疏水片對水產(chǎn)生向后的推力，在反作用力下，軟體機器人朝著相反的方向運動，通過光操控可以實現(xiàn)水上持續(xù)行走。利用MiniGNRs可調(diào)的波長選擇性，作者制備的三“腿”軟體機器人能夠在不同波長的光照下，分別朝著三個方向行進，并進一步將它應用于物體輸送。相關成果以“Bioinspired light-fueled water-walking soft robots based on liquid crystal network actuators with polymerizable miniaturized gold nanorods”為題發(fā)表在《Nano Today》上。論文第一作者是天津大學博士生楊瀟，天津大學王玲教授和封偉教授為本文通訊作者。本工作得到了國家自然科學基金等項目的資助。

圖1. 自然界中的水黽及仿生水黽光驅(qū)動水上行走軟體機器人

  為了實現(xiàn)MiniGNRs在LCN中的均勻分散，研究人員依次通過包覆介孔二氧化硅、氨基功能化和有機小分子6OBA的共價鍵合，設計并制備了一種可聚合的MiniGNRs納米單體（如圖2）。TEM圖像中可以清楚地看到MiniGNRs納米單體表面存在均勻的介孔硅層。未經(jīng)修飾的MiniGNRs的尺寸長為21 nm，寬為5 nm，在815 nm處有強烈的吸收峰；而MiniGNRs納米單體的吸收峰略微紅移，這是因為硅殼形成后MiniGNRs周圍介質(zhì)的局部折射率增加導致的。此外，所制備的MiniGNRs納米單體具有優(yōu)異的光熱性能。

  之后通過MiniGNRs納米單體與液晶單體的原位自由基聚合制備了一個光響應的MiniGNRs-LCN復合薄膜（如圖3）。薄膜內(nèi)部具有展曲取向，在NIR照射下，光熱效應引發(fā)液晶基元的有序度降低，使薄膜平行取向一側(cè)收縮，垂直取向一側(cè)膨脹，進而實現(xiàn)了快速可逆的彎曲形變。當光強為300 mW cm^-2時，薄膜表面溫度在2.5 s內(nèi)可達74 ℃，彎曲角度可達116°。

圖2. MiniGNRs納米單體的制備和表征

 圖3. MiniGNRs-LCN復合薄膜的制備和驅(qū)動性能

  光驅(qū)動MiniGNRs-LCN復合薄膜的快速彎曲形變可為器件提供驅(qū)動力。此外，為使器件具有水上漂浮能力，研究人員以泡沫銅為基底制備了具有微納分級結(jié)構(gòu)的超疏水表面，并將其與MiniGNRs-LCN復合薄膜組裝到一起，制備了一個仿生水黽的水上行走軟體機器人（如圖4）。在NIR照射下，薄膜迅速發(fā)生向下的彎曲，同時向后產(chǎn)生一個瞬時的推力，進而驅(qū)動器件向前運動。關閉NIR后，器件逐漸停止運動，通過周期性開關NIR，能夠?qū)崿F(xiàn)器件持續(xù)的水上行走過程。光照強度和接觸角是影響器件運動速度的關鍵因素。在300 mW cm^-2 NIR照射下，接觸角為156°時，器件在15.8 s內(nèi)實現(xiàn)了總運動距離約8.9 cm，平均速度約5.7 mm s^-1。

圖4. 紅外光驅(qū)動單“腿”軟體機器人的單向水上行走

  作者進一步嘗試實現(xiàn)器件的可控多方向水上行走過程。首先通過調(diào)控MiniGNRs的尺寸，合成了三種吸收峰分別位于544、664和836 nm的MiniGNRs納米單體，它們能夠分別響應520 nm綠光、655 nm紅光以及808 nm 的NIR，并進一步通過自由基聚合將它們分別原位交聯(lián)到LCN中。在不同波長的光照下，只有與其波長相匹配的MiniGNRs-LCN薄膜才會發(fā)生彎曲形變，證明了摻雜不同MiniGNRs的LCN薄膜具有選擇性光響應性（如圖5）�；诖�，研究人員最后制備了一個三“腿”水上行走軟體機器人。在不同波長的光照下，器件能夠分別朝著三個不同方向運動，并將其應用于定向的物體運輸。

圖5. 多波長光照下三“腿”軟體機器人的多向水上行走

  研究人員將原位交聯(lián)MiniGNRs的液晶復合薄膜與具有微納分級復合結(jié)構(gòu)的超疏水材料相結(jié)合，制備了一個新型的仿生水黽的光驅(qū)動水上行走軟體機器人。在NIR照射下，基于MiniGNRs-LCN復合薄膜光致形變力的水平動量傳遞，軟體機器人能夠在水面上快速行走，最快速度可達5.7 mm s^-1。利用MiniGNRs可調(diào)的波長響應性，實現(xiàn)了軟體機器人在多重光照射下的水上多方向行走，并將其應用于物體運輸。該工作為具有復雜時空驅(qū)動的水棲軟體機器人的設計提供了新的思路，在環(huán)境監(jiān)測、海洋工業(yè)和未來海洋等領域具有潛在的應用價值。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2022.101419