水面直接“打印”微型软体机器人

弗吉尼亚大学工程与应用科学学院机械与航空航天工程教授Baoxing Xu正在开创一种制造微型机器人的新方法。在发表在《Science Advances》上的一项新研究中，Xu的研究团队介绍了一种名为HydroSpread的创新制造方法，该方法对快速发展的软体机器人领域具有巨大潜力。这项创新使得科学家能够直接在水面上制造柔软的漂浮装置，这项技术可应用于从医疗保健到电子设备再到环境监测等多个领域。

制造方法的突破

在此之前，软体机器人中使用的薄而柔韧的薄膜必须在玻璃等刚性表面上制造，然后剥离并转移到水面上，这个精细的过程常常会导致薄膜撕裂。HydroSpread通过让液体本身充当“工作台”来规避这一问题。液态聚合物液滴可以在水面上自然扩散成超薄、均匀的薄膜。通过使用精细调谐的激光，研究团队随后能以极高的精度将这些薄膜雕刻成复杂的图案——圆形、条状，甚至是大学标志。

仿生机器人原型

利用这种方法，研究人员构建了两种昆虫灵感原型机器人：

• HydroFlexor：通过类似鳍的动作在水面划行。
• HydroBuckler：灵感来自水黾，通过屈曲的“腿”向前“行走”。

驱动与控制

在实验室中，研究团队使用顶置的红外加热器为这些设备提供动力。当薄膜受热时，其层状结构会弯曲或屈曲，从而产生划水或行走的动作。通过循环开启和关闭热源，这些设备可以调整其速度甚至转向——这证明了可控、可重复的运动是可行的。未来的版本可以被设计为对阳光、磁场或微型的嵌入式加热器做出响应，从而为能够自主移动和适应的软体机器人打开大门。

“直接在液体上制造薄膜为我们提供了前所未有的集成度和精度，”Xu表示，“我们不是在刚性表面上构建然后转移设备，而是让液体来完成工作，提供一个完美光滑的平台，从而减少每一步的失败风险。”

广阔的应用前景

HydroSpread的潜力不仅限于软体机器人。通过使其更容易地形成脆弱的薄膜而不损坏它们，这项技术可能为制造可穿戴医疗传感器、柔性电子设备和环境监测器开辟新的可能性——这些工具需要在传统刚性材料无法工作的环境中保持轻薄、柔软和耐用。

这项研究得到了美国国家科学基金会和4-VA的支持，并在弗吉尼亚大学机械与航空航天工程系内完成。Xu研究团队中的研究生和本科生在实验中发挥了核心作用，获得了最先进的制造和机器人技术的实践经验。FINISHED
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