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  昆蟲機(jī)器人可以進(jìn)行高效的自由移動，具有可操控性高、支持無線通訊等特點，在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、遙感技術(shù)以及生物醫(yī)學(xué)工程等前沿領(lǐng)域受到研究人員的廣泛關(guān)注。受自然界昆蟲的啟發(fā)，基于各種設(shè)計原理和驅(qū)動策略的仿生機(jī)器人被成功制備，包括：形貌類似昆蟲的機(jī)器人、具有先進(jìn)運動系統(tǒng)的機(jī)器人、體積小巧的新概念軟體機(jī)器人等。例如，隱翅蟲（rove beetle）可以通過在尾部釋放化學(xué)物質(zhì)，由此形成的表面張力梯度可以產(chǎn)生快速逃離的推動力，在水面上推進(jìn)隱翅蟲。與傳統(tǒng)的機(jī)械驅(qū)動策略不同，在空氣-水界面的Marangoni效應(yīng)驅(qū)動不需要特殊的功能材料或微納米結(jié)構(gòu)，這種驅(qū)動方式可以使得機(jī)器人能量的直接轉(zhuǎn)化和自由無栓運動。因此，在開發(fā)昆蟲尺度的Marangoni效應(yīng)驅(qū)動的機(jī)器人方面具有巨大的潛力。

  Marangoni效應(yīng)驅(qū)動的本質(zhì)是構(gòu)建表面張力梯度，表面張力大的液體對相對于表面張力小的液體對周圍液體的拉力更大。因此，液體表面的漂浮物會朝著表面張力大的方向移動�；谶@一原理，已經(jīng)成功地制備出基于物理Marangoni效應(yīng)和化學(xué)Marangoni效應(yīng)驅(qū)動的機(jī)器人。對于物理Marangoni效應(yīng)驅(qū)動機(jī)器人，可以通過熱或者光提高局部的溫度，改變局部的表面張力，實現(xiàn)機(jī)器人的推動。對于化學(xué)Marangoni效應(yīng)驅(qū)動的機(jī)器人，其推動過程是一個動態(tài)的過程。化學(xué)燃料（如：酒精、樟腦酸等）加載在機(jī)器人身體上，逐漸釋放產(chǎn)生表面張力梯度，驅(qū)動機(jī)器人產(chǎn)生類似隱翅蟲快速移動。相對于光熱Marangoni效應(yīng)，化學(xué)Marangoni效應(yīng)無需光熱轉(zhuǎn)換這一過程。因此，化學(xué)Marangoni效應(yīng)驅(qū)動響應(yīng)更快，并且可以產(chǎn)生更大的驅(qū)動力，對于Marangoni效應(yīng)驅(qū)動的機(jī)器人具有很大的潛力。然而，化學(xué)Marangoni效應(yīng)流體驅(qū)動具有復(fù)雜的流體模式，其推動的方向是隨意而不確定的，這使得化學(xué)Marangoni效應(yīng)驅(qū)動過程在液體表面產(chǎn)生不穩(wěn)定和不可控的二維湍流。目前，基于化學(xué)Marangoni效應(yīng)驅(qū)動技術(shù)控制機(jī)器人存在巨大的挑戰(zhàn)，嚴(yán)重限制他們在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

  最近，吉林大學(xué)張永來教授團(tuán)隊采用激光直寫技術(shù)和軟模板轉(zhuǎn)寫技術(shù)相結(jié)合的方法制備了嵌入微流控通道（T型結(jié)和特斯拉閥）和光熱腔（基于石墨烯&PDMS的光熱復(fù)合物空氣室）的可控Marangoni效應(yīng)驅(qū)動的仿生游泳機(jī)器人（圖1）。在可控燃料釋放開關(guān)的光熱空氣室的幫助下，實現(xiàn)了游泳機(jī)器人的按需推進(jìn)。以Marangoni效應(yīng)驅(qū)動的游泳機(jī)器人為運動平臺，作者進(jìn)一步在機(jī)器人身上集成了微型無線攝像機(jī)，并將其放置在自然環(huán)境中，演示了在自然環(huán)境下的靈活操作和對環(huán)境的監(jiān)控過程（圖2）。機(jī)器人在自然環(huán)境中攜帶攝像頭成功越過障礙，游泳機(jī)器人上的無線攝像頭可以捕捉環(huán)境圖像，并將視頻信息發(fā)送到研究人員的手機(jī)等移動設(shè)備上面。移動設(shè)備無需聯(lián)網(wǎng)可直接與無線攝像頭鏈接，增加了信息傳輸過程中的安全性。從傳輸回來的圖像信息中很容易觀察到環(huán)境中的藍(lán)天、白云、鳥等信息。本研究為通過化學(xué)Marangoni效應(yīng)驅(qū)動技術(shù)開發(fā)游泳機(jī)器人提供了一種新的方案。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202208677