Light-steered locomotion of muscle-like hydrogel by self-coordinated shape change and friction modulation

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作者
Qing Zhu,Cong Du,Yahao Dai,Matthias Daab,Marián Matejdes,Josef Breu,Wei Hong,Qiang Zheng,Zi Liang Wu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1) 被引量:196
标识
DOI:10.1038/s41467-020-18801-1
摘要

Many creatures have the ability to traverse challenging environments by using their active muscles with anisotropic structures as the motors in a highly coordinated fashion. However, most artificial robots require multiple independently activated actuators to achieve similar purposes. Here we report a hydrogel-based, biomimetic soft robot capable of multimodal locomotion fueled and steered by light irradiation. A muscle-like poly(N-isopropylacrylamide) nanocomposite hydrogel is prepared by electrical orientation of nanosheets and subsequent gelation. Patterned anisotropic hydrogels are fabricated by multi-step electrical orientation and photolithographic polymerization, affording programmed deformations. Under light irradiation, the gold-nanoparticle-incorporated hydrogels undergo concurrent fast isochoric deformation and rapid increase in friction against a hydrophobic substrate. Versatile motion gaits including crawling, walking, and turning with controllable directions are realized in the soft robots by dynamic synergy of localized shape-changing and friction manipulation under spatiotemporal light stimuli. The principle and strategy should merit designing of continuum soft robots with biomimetic mechanisms.
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