近期，吉林大學(xué)張永來教授、清華大學(xué)孫洪波教授與新加坡國立大學(xué)仇成偉教授在Advanced Material雜志上以封面文章在線發(fā)表了題為 “Plasmonic-Assisted Graphene Oxide Artificial Muscles” 的研究論文。該論文利用石墨烯與金納米棒復(fù)合材料制備了光敏感的仿肌肉驅(qū)動(dòng)器件（HAM），運(yùn)用巧妙的設(shè)計(jì)方法，無須集成組裝過程，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的肢體動(dòng)作和多足運(yùn)動(dòng),在光驅(qū)動(dòng)仿生機(jī)器人方面取得了突破性的進(jìn)展。
　　在仿生機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，模仿肌肉作用的驅(qū)動(dòng)部位是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。目前，驅(qū)動(dòng)器研究集中于對(duì)驅(qū)動(dòng)方法或環(huán)境刺激的控制，然而特定的驅(qū)動(dòng)器件往往只能實(shí)現(xiàn)單一的變形。此外，目前仿生機(jī)器人多采用電驅(qū)動(dòng)方式，需要集成能源部件，或外接能源供給裝置，使得系統(tǒng)在小型化方面受到制約。
　　針對(duì)這一難題，科研者利用石墨烯材料具有良好的導(dǎo)熱性和機(jī)械性能，石墨烯氧化物材料導(dǎo)熱性能大大降低的特點(diǎn)，采用激光還原石墨烯氧化物對(duì)材料導(dǎo)熱性能進(jìn)行改性，實(shí)現(xiàn)“關(guān)節(jié)”部位導(dǎo)熱性能改變。將具有一定的負(fù)熱膨脹系數(shù)的石墨烯、石墨烯氧化物材料與具有較大熱膨脹系數(shù)的PMMA材料結(jié)合，可在光熱條件下產(chǎn)生單一的圓弧狀彎曲，利用激光局部還原石墨烯氧化物材料，改性區(qū)域的彎曲程度大大提高，響應(yīng)時(shí)間加快，可形成類似肌肉牽拉作用的關(guān)節(jié)彎曲效果?？蒲姓哌€進(jìn)一步加入了金納米棒，提升了材料的光熱轉(zhuǎn)化效率，加速了膨脹材料的形變。此外，金納米棒材料獨(dú)特的波長(zhǎng)選擇特性，不僅為光驅(qū)動(dòng)方法提供了光強(qiáng)、時(shí)間的調(diào)控方法，還增加了波長(zhǎng)調(diào)控方法。利用這一原理，科研者成功完成了微型仿生蜘蛛的爬行過程、仿生捕蠅草捕獲過程，和仿生手各關(guān)節(jié)的逐一控制彎曲，體現(xiàn)了HAM設(shè)計(jì)的靈活性，這一工作為微型仿生機(jī)械運(yùn)動(dòng)提供了新的設(shè)計(jì)理念。
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