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特种薄膜让机器人“水上漂”

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特种薄膜让机器人“水上漂”

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xinwen.mobi 发表于 2025-10-6 01:30:18 | 显示全部楼层 |阅读模式

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美国弗吉尼亚大学研究团队受水黾等水生昆虫启发，借助特种薄膜技术成功研制出两款可“水上漂”的机器人原型，这项创新不仅突破了传统柔性器件制造瓶颈，还为水上装备研发开辟了新路径。核心技术：特种薄膜的设计与制造革新实现机器人水面漂浮与运动的关键在于特种薄膜的材料特性与制备工艺：材料结构与驱动原理：该薄膜采用双层复合结构，两层材料热膨胀率存在差异。当受到红外线照射时，这种差异会促使薄膜产生弯曲形变，进而将热能转化为机器人运动的驱动力。同时，薄膜可能具备超疏水特性，其表面能极低（通常低于20mN/m），接触角可达150°以上，能有效减少与水的接触面积，提升漂浮稳定性，这一特性借鉴了水黾腿部的疏水结构原理。创新制备工艺：传统工艺需在刚性基底（如玻璃）上加工薄膜后再转移至水面，过程中极易导致薄膜破损。而新技术实现了“水面原位制造”：先将液态聚合物油墨滴注于水面，使其自然扩散形成超薄无缝膜层，再通过激光切割直接在水面塑造出机器人的肢体与躯干轮廓，大幅提升了制备成功率。两款机器人原型的性能特点研究团队基于上述薄膜技术，开发出两种运动模式各异的机器人：HydroFlexor：模仿鱼类的鳍状运动实现推进，适合需要较快移动速度的场景，例如快速跨越较大水域进行环境探测。HydroBuckler：仿效水黾的划行动作，以独特的弯曲姿态在水面“漫步”，运动更为灵活，可在狭窄水域或复杂水面环境中穿梭。技术优势与应用前景这项技术的突破不仅体现在机器人领域，还具有更广泛的价值：技术优势：一方面，规避了柔性材料转移破损的难题，打通了从薄膜制备到结构成型的全流程；另一方面，该技术适配多种油墨与液体组合，且具备大规模生产潜力，可拓展至不同材料体系的柔性器件制造。应用场景：在水上作业领域，可用于水质监测、灾害救援（如水面搜救、污染物检测）、环境感知等任务；此外，其薄膜制备技术还可延伸至可穿戴医疗设备（如超薄弹性传感器）、下一代柔性电子产品（如高耐久性柔性元件）等领域。技术意义与未来方向该成果为柔性器件制造提供了全新思路，尤其是“液态环境原位构建”的理念，有望推动更多液态基底功能器件的研发。未来，研究团队可能会进一步优化薄膜的机械强度与环境适应性，例如提升薄膜在极端温度、强酸碱环境下的稳定性，以拓展机器人在复杂自然环境中的应用范围。同时，结合人工智能与传感器技术，这类水上机器人或可实现自主导航与集群协作，提升作业效率。

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