美国弗吉尼亚大学工程与应用科学学院的研究团队从自然界中的水黾等水生昆虫中汲取灵感,利用一种新型薄膜技术,成功开发出两款能够在水面上“漂浮行走”的机器人原型装置。这项研究成果已发表在最新一期的《科学进展》杂志上。

水上漂软蜘蛛机器人
这两款机器人各具特色:其中一款名为“HydroFlexor”,能够通过模仿鱼类的鳍状结构实现推进;另一款则命名HydroBuckler,可以效仿水黾的划动方式,以独特的弯曲姿态在水面“漫步”。
为了使机器人能够在水面上漂浮并运动,必须使用超薄且柔性的特种薄膜。传统的制造工艺通常需要在玻璃等刚性基底上加工薄膜,然后再将其转移到水面,但这一过程容易导致薄膜破损。而新研发的技术则实现了在液面上直接制造薄膜。研究人员将液态聚合物油墨滴注到水面上,让其自然扩散形成超薄无缝的膜层,随后利用激光切割技术,在水面直接塑造出机器人的肢体和躯干轮廓。
这些特殊的薄膜采用双层复合结构,当受到外部红外线照射时,由于两层材料的热膨胀率不同,会产生弯曲形变,从而将热能转化为驱动力。

这项技术不仅解决了柔性材料制造过程中常见的转移破损问题,还打通了从薄膜制备到结构成型的完整流程,为在液态环境中直接构建功能型柔性器件提供了新的途径。此外,该技术具有广泛的应用潜力和可扩展性,既能适配多种油墨和液体组合,也具备大规模生产的可能性。最终,科学家们将原本脆弱的薄膜材料转化为坚固实用的水上设备,广泛应用于水质监测、灾害救援和环境感知等领域。
研究团队表示,这项创新技术的应用前景远不止于机器人领域。它还可以用于制造可穿戴医疗设备所需的超薄弹性薄膜,甚至为下一代电子产品的高耐久性柔性元件的研发提供支持。