近期，中國科學院合肥物質院固體所高分子與復合材料研究部田興友研究員和張獻研究員團隊受葉脈和葉肉啟發，利用激光刻蝕在液態金屬/低膨脹聚酰亞胺(LM@PI)薄膜上加工出超結構，經聚二甲基硅氧烷(PDMS)封裝制備了LM@PI/PDMS光熱致動器。該策略解決了光熱致動器承載性能和響應速度不兼容的問題，相關結果以“Leaf Vein-Inspired Programmable Superstructure Liquid Metal Photothermal Actuator for Soft Robots”為題發表在材料類 TOP期刊   Advanced Materials (Adv. Mater. 2025, 2416991)上。
 

　　基于不對稱熱膨脹的光熱致動器，其響應速度、形變程度和承載性能是一對矛盾體。輕薄的光熱致動器響應速度足夠快，形變量足夠大，但是強度小，幾乎不能承重。厚重的光熱致動器具有不錯的承重性能，但是響應速度和形變程度又會大打折扣。因此，液態金屬光熱致動器應運而生。與傳統光熱材料(碳材料、貴金屬納米顆粒等)不同，LM微球賦予聚合物光熱特性的同時并不會提高聚合物的強度。盡管LM優勢眾多，但單純引入LM微球對光熱致動器的改善仍然有限。
 

　　葉脈，植物輸送營養、無機鹽和水分的微管束，可作為骨架支撐葉片并控制葉片的形態。而薄葉肉能減輕葉片的質量且降低葉片彎曲的阻力。基于此原理，設計具有葉脈狀結構的LM光熱致動器可以提高其承載能力，確保快速響應，并賦予其可編程變形功能。
 

　　鑒于此，受到植物葉脈啟發，研究團隊使用激光在LM@PI薄膜上有序刻蝕出石墨烯溝槽，并以PDMS封裝制備出了初始形態和形變均可編程的LM@PI/PDMS光熱致動器。類葉脈結構保證了致動薄膜響應速度，并大幅提升了承載能力。基于此，研究人員成功設計出集爬行、跳躍、游泳、站立于一體的光驅機器狗和高速振蕩器等。該研究首次將超結構引入可編程LM光熱致動器中，為設計和制備LM可編程光熱致動器提供了新策略。各種機器人和智能系統的成功設計和展示將推動LM光熱致動器的研究和實際應用。
 

　　固體所田興友研究員和張獻研究員為文章的共同通訊作者，博士生李宵飛為論文第一作者。該研究工作得到國家自然科學基金、合肥物質院院長基金、江淮前沿技術協同創新中心追夢基金和中央引導地方科技發展專項基金支持。
 

圖1. 受葉脈啟發的可編程液態金屬光熱致動器。
 

　　圖2. 基于優異性能和編程結構，設計出的集爬行、跳躍、游泳、站立于一體的光驅機器狗和高速振蕩器