Self‐Propelled Morphing Matter for Small‐Scale Swimming Soft Robots

变形 材料科学 软物质 软机器人 比例(比率) 机器人 软质材料 纳米技术 复合材料 高分子科学 计算机科学 人工智能 化学工程 工程类 物理 胶体 量子力学
作者
Chuqi Huang,Natalie P. Pinchin,Chia‐Ching Lin,Inés Tejedor,Matthew Gene Scarfo,Hamed Shahsavan,Abdon Pena‐Francesch
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202413129
摘要

Abstract Aquatic insects have developed versatile locomotion mechanisms that have served as a source of inspiration for decades in the development of small‐scale swimming robots. However, despite recent advances in the field, efficient, untethered, and integrated powering, actuation, and control of small‐scale robots remains a challenge due to the out‐of‐equilibrium and dissipative nature of the driving physical and chemical phenomena. Here, we have designed small‐scale, bioinspired aquatic locomotors with programmable deterministic trajectories that integrate self‐propelled chemical motors and photoresponsive shape‐morphing structures. A Marangoni motor system is developed integrating structural protein networks that self‐regulate the release of chemical fuel with photochemical liquid crystal network (LCN) actuators that change their shape and deform in and out of the surface of water. While the diffusion of fuel from the motor system regulates the propulsion, the dissipative photochemical deformation of LCNs provides locomotors with control over the directionality of motion at the air‐water interface. This approach gives access to five different but interchangeable modes of locomotion within a single swimming robot via morphing of the soft structure. The proposed design, which mimics the mechanisms of surface gliding and posture change of semiaquatic insects such as water treaders, offers solutions for autonomous swimming soft robots via untethered and orthogonal power and control.
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