還以為光驅動致動器只能在地面上行動嗎？No！《Nature Communications》最新報道了一種高性能光驅動“直升機”，轉速可達到7200rpm，響應速度可達650ms，并且具有可控的飛行方向。
受到無脊椎動物以及植物的啟發，科學家們已經開發出了各式各樣柔軟、靈巧，并且可以應用于軟體機器人等領域的光驅動軟體致動器。一直以來，人們致力于發展能夠像人造飛行器那樣主動飛行的高性能光驅動軟體致動器。然而，這要求軟體致動器具有快速、高頻響應的能力，而由于受到軟材料及結構的限制，極難實現。
近日，蘇州大學董彬教授團隊聯合北京化工大學石峰教授、德國馬普智能所Metin Sitti教授發展出了基于瓊脂/絲素蛋白/石墨烯高分子復合材料的光驅動“直升機”。其在光照的條件下，展現出和直升機這類旋翼飛行器類似的主動飛行行為。這種特殊的運動行為主要是由組成光驅動“直升機”的多元組分對光響應性的協同與競爭關系所導致的材料可控形變、噴氣推進、空氣動力學飛行來實現的。這一研究工作為下一代具有自主飛行能力并可執行特定任務的軟體機器人的設計、合成以及應用奠定了基礎。
這種光驅動“直升機”的成功構筑依賴于高分子復合材料及其理性設計。在材料組分設計方面：高分子復合材料薄膜由三元組分組成，分別為吸濕性瓊脂、強韌性絲素蛋白以及層狀石墨烯薄片；在空氣動力學結構設計方面：材料按照五比一的長寬比來進行設計。通過控制光照位點，并結合材料表面的周期性結構，基于光熱效應以及材料內應力實現可編程形變，形成攻角可調、仰角可控的類“螺旋槳”結構。
在光的照射下，光熱效應會導致光照位點材料內部水的汽化，從而形成內部為空腔的凸起，并在表面周期性結構的調節下，形成“螺旋槳”結構。當凸起擴展到薄膜邊緣的時候，會形成水蒸氣的噴流，提供推力，使薄膜高速旋轉，并產生升力，從而使“直升機”起飛，并實現“爬升-平飛-降落“的三段式飛行行為。
在自然界中，很多植物都通過風力來傳播它們的種子的。種子特殊的三維結構使其能夠傳播到相當遠的距離。由于光驅動“直升機”的結構與自然界中的翅果極其類似，該論文作者還研究了光驅動“直升機”的風力傳播行為。研究發現光驅動“直升機”不僅具有和翅果類似的下落行為，而且還能夠在飛行的過程當中保持飛行姿態的穩定。這不僅可以使其被風力傳播到更遠的距離，而且還可以使其上負載的傳感器始終保持正面朝上的狀態。因此，這種光驅動“直升機”可以用做大范圍分布式環境傳感器，即通過一次釋放大量光驅動“直升機”，利用一次成像技術來獲得多個地點的傳感數據。
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