科学家利用动态机械分析仪等先进仪器揭示液晶弹性体在光驱动下的出色动力学特性！

　　随着机器人技术的发展，高功率输出的软驱动器在陆地、海洋和空中等领域的应用需求不断增长。这类驱动器特别是在微尺度航空器中对功率密度的要求尤为严格，需要超过特定阈值（>

　　29 W/kg）以克服自身重力，实现起飞。然而，传统的驱动系统通常依赖于有线或机载电源，并配备复杂的计算机控制系统，难以实现真正的自主控制。相比之下，刺激响应聚合物能够通过远程能量输入自适应环境，展现出更好的材料潜力。这些聚合物通常需要手动间歇性刺激以产生重复的往复运动，并且运动速度较慢（>

　　1秒），这限制了它们在高功率机器人运动中的应用。因此，如何实现高效的自激振荡以支持自主和高功率的机器人运动成为一大挑战。近期，来自加利福尼亚大学洛杉矶分校Yusen Zhao，Ximin He等研究人员在这一领域取得了重要进展。他们设计了一种基于昆虫飞行肌肉结构的自激振荡器，采用两层对抗性收缩的光活性材料夹持一层非活性材料。这种新型的三层结构（即光活性聚合物和聚二甲基硅氧烷的复合材料）称为FLaPTOR，展现出令人惊讶的输出功率密度，达到33 W/kg，是其他配置的275倍，且与昆虫飞行肌肉的性能相当。通过光驱动自激振荡，该系统不仅支持广谱操作，还具备多功能性，例如自我感知驱动和能量收集。研究表明，FLaPTOR能够实现高kaiyun官方登录 开云网址性能的拍打运动，包括多种移动模式，如具有147 μN升力的翼和0.32的推重比。这一研究不仅提升了软驱动器的性能，还推动了自主、持续和无缆驱动器的发展，为强大机器人技术的应用提供了新的可能性。

　　本文通过动态机械分析仪（DMA850）等先进仪器，对液晶弹性体（LCE）的热机械性能进行了全面表征，揭示了其在光驱动下的出色动力学特性。具体来说，通过对LCE材料的模量、驱动应变、应力以及工作能力的测量，得到了LCE在不同温度和应变下的性能变化，这为理解材料在振荡器中如何实现高效能转换提供了重要的实验数据。针对材料的自激振荡现象，本文通过光致发热特性和热传导性能的微观机理表征，深入分析了光能转化为机械能的过程。采用热成像技术与红外热传感器监测材料在不同光照条件下的温度变化，揭示了LCE材料在光照下的热响应行为。通过对温度分布和热梯度的分析，得到了光能引发的材料相变和形变过程的细节，这为后续的材料设计与应用奠定了基础。在此基础上，本文通过激光切割和涂覆技术，对所制备的FLaPTOR振荡器的各层结构进行了详细表征，结果显示，这种三层结构的设计显著提高了能量密度和振荡效率。通过对各层界面的粘接强度及其与光活性材料的相互作用的分析，研究团队发现，适当的界面设计能够有效增强光能转化效率，促进机械振荡的稳定性和持续性。此外，为了深入研究FLaPTOR的工作机制，本文还采用了多种表征手段，如频域分析、振荡频率测量和功率密度评估等，结果表明，FLaPTOR的振荡频率与结构设计密切相关，且其功率输出能力在一定光照强度下达到了高峰。这些发现着重研究了FLaPTOR在自主机器人等高性能应用中的潜力。

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