Soft Crawling Microrobot Based on Flexible Optoelectronics Enabling Autonomous Phototaxis in Terrestrial and Aquatic Environments

爬行 趋光性 软机器人 地面运动 机器人 计算机科学 纳米技术 材料科学 光电子学 生态学 生物 人工智能 解剖 植物
作者
Jiahui Cheng,Ruiping Zhang,Haibo Li,Zhouheng Wang,Lin Chen,Peng Jin,Yunmeng Nie,Bingwei Lu,Yang Jiao,Yinji Ma,Xue Feng
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert]
标识
DOI:10.1089/soro.2023.0112
摘要

Many organisms move directly toward light for prey hunting or navigation, which is called phototaxis. Mimicking this behavior in robots is crucially important in the energy industry and environmental exploration. However, the phototaxis robots with rigid bodies and sensors still face challenges in adapting to unstructured environments, and the soft phototaxis robots often have high requirements for light sources with limited locomotion performance. Here, we report a 3.5 g soft microrobot that can perceive the azimuth angle of light sources and exhibit rapid phototaxis locomotion autonomously enabled by three-dimensional flexible optoelectronics and compliant shape memory alloy (SMA) actuators. The optoelectronics is assembled from a planar patterned flexible circuit with miniature photodetectors, introducing the self-occlusion to light, resulting in high sensing ability (error < 3.5°) compared with the planar counterpart. The actuator produces a straightening motion driven by an SMA wire and is then returned to a curled shape by a prestretched elastomer layer. The actuator exhibits rapid actuation within 0.1 s, a significant degree of deformation (curvature change of ∼87 m−1) and a blocking force of ∼0.4 N, which is 68 times its own weight. Finally, we demonstrated the robot is capable of autonomously crawling toward a moving light source in a hybrid aquatic–terrestrial environment without human intervention. We envision that our microrobot could be widely used in autonomous light tracking applications.
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