智能軟機(jī)器人在外部刺激下可實(shí)現(xiàn)自主連續(xù)的運(yùn)動，并在環(huán)境、工業(yè)、軍事和日常生活領(lǐng)域中展現(xiàn)出的巨大應(yīng)用潛力。因此，受到了研究人員越來越多的關(guān)注。然而，目前許多軟體機(jī)器人仍需要通過人工控制刺激的開/關(guān)切換來實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)動，與自然生物系統(tǒng)相比缺乏自主性和智能性。自振蕩作為生物有機(jī)體的一個重要特性（如心肌的無意識跳動、細(xì)胞循環(huán)和神經(jīng)元沖動等），為制造自主連續(xù)運(yùn)動的軟體機(jī)器人提供了極大的啟示。自振蕩運(yùn)動的獨(dú)特特性，加上機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可能為構(gòu)建具有自主運(yùn)動的軟機(jī)器人提供一種有前途的方法。軟驅(qū)動器是軟體機(jī)器人的重要組成部分之一，它可將外界的能量刺激轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出，在仿生軟體機(jī)器人、智能穿戴電子、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在各種類型的驅(qū)動器中，光驅(qū)動器具有遠(yuǎn)程驅(qū)動、無接觸、控制簡潔、光能來源豐富等獨(dú)特的特點(diǎn)，適合作為無繩軟體機(jī)器人的驅(qū)動單元。為了制造高性能光致動器，開發(fā)新的光響應(yīng)材料至關(guān)重要。近年來，具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和優(yōu)異光學(xué)性能的二維（2D）納米材料如石墨烯、MXene和MoS2已被用于制備具有出色驅(qū)動性能的光致動器。黑磷（BP）是一類新型的二維納米材料，具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，在儲能、催化、傳感和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。特別是BP已顯示出各向異性的機(jī)械性能和出色的機(jī)電性能，在廣泛的波長范圍內(nèi)具有出色的光熱轉(zhuǎn)換能力和熱膨脹特性，是制造軟驅(qū)動器最有潛力的候選者之一。然而，BP納米薄片的重新堆疊和較差的穩(wěn)定性嚴(yán)重限制了其在光致動器領(lǐng)域的發(fā)展。因此，基于BP的光驅(qū)動器和軟體機(jī)器人自主運(yùn)動的研究仍然極度缺乏。

鑒于此，合肥工業(yè)大學(xué)胡穎研究員和南京工業(yè)大學(xué)暴寧鐘教授共同設(shè)計(jì)了一種基于共價橋接黑磷（BP）-碳納米管（CNT）異質(zhì)結(jié)構(gòu)的無束縛軟光驅(qū)動器，在恒定光照射下具有自振蕩和趨光運(yùn)動?；谥聞悠髯吭降闹聞有阅堋⒖啥ㄖ菩院鸵子诮M裝的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了具有自振蕩的英寸蟲狀軟機(jī)器人和仿生軟機(jī)器人（在光線照射下側(cè)身移動并變色的人造螃蟹、拍動翅膀運(yùn)動的人造蝴蝶、操縱物體的人造爪）。這些演示不僅揭示了BP納米薄片在軟驅(qū)動器和相關(guān)仿生機(jī)器人中的應(yīng)用潛力，而且為不受束縛的自主軟機(jī)器人和智能設(shè)備的發(fā)展提供了新的途徑。

文章亮點(diǎn)：

1、在BP-CNT異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，碳納米管通過P-C鍵在BP層框架中共價互連，促進(jìn)了層狀特性，增強(qiáng)了機(jī)械穩(wěn)定性并減輕了BP納米薄片的重新堆疊?；瘜W(xué)鈍化功能化還可保持BP-CNT在空氣條件下的穩(wěn)定性。

2、新型光響應(yīng)驅(qū)動器具有可編程和可設(shè)計(jì)的變形輸出（S形和五角形變形）。由于BP異質(zhì)結(jié)構(gòu)的良好光熱效應(yīng)和熱膨脹、聚合物的熱膨脹和紙的吸濕膨脹，新型驅(qū)動器表現(xiàn)出優(yōu)異的可逆光驅(qū)動，大彎曲變形（曲率1.9cm-1）和快速響應(yīng)（3s）的特性。

3、基于驅(qū)動器優(yōu)異特性制備的自振蕩英寸蟲狀軟機(jī)器人在恒定光照射下可自主光趨向運(yùn)動（光照射約128s后自動向光源爬行約8mm），人造螃蟹可側(cè)身移動并變色（光照射105s內(nèi)產(chǎn)生73mm距離的橫向運(yùn)動，身體顏色從紅色變?yōu)榫G色），人造蝴蝶可拍動翅膀和人造爪可操縱物體。這項(xiàng)研究揭示了具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的BP光驅(qū)動器在智能軟機(jī)器人仿生設(shè)備中的巨大應(yīng)用潛力。

圖1基于BP的光致動器及光驅(qū)動可逆變形的設(shè)計(jì)原理圖、光學(xué)圖像、形貌圖和XPS圖譜

圖2自振蕩軟驅(qū)動器的自主趨光運(yùn)動

圖3人造蟹和蝴蝶機(jī)器人的設(shè)計(jì)及其在光照下的仿生運(yùn)動