11、光驱动微型机器人：机制与应用

光驱动微型机器人：机制与应用

1. 光机械柔性微型机器人

光机械柔性微型机器人依赖光与光敏、机械响应材料之间的相互作用，其中最常见的材料是液晶聚合物（LCPs）。LCPs 是一种具有有序分子排列的柔软聚合物体系。在外部刺激下，LCPs 可以从各向异性分子相（大多数情况下是向列相）转变为各向同性分子相，使有序的聚合物体系变为无序体系。对于光响应 LCPs 而言，这种从有序到无序的转变是由光作为刺激源引发的。

由于 LCP 分子（通常具有棒状结构）被限制在有序的聚合物网络中，从有序到无序的转变会减小分子沿排列方向（指向矢）的间距，并增加垂直方向的间距。因此，LCP 材料会发生形状变化，在指向矢方向收缩，在垂直于指向矢的方向膨胀。这种光致形状变形的特性使得 LCPs 可以作为“人造肌肉”，为光机械柔性微型机器人提供驱动力。

1.1 设计和制造光响应 LCP 材料的方法

基于不同的驱动机制，有三种方法可用于设计和制造用于光机械柔性微型机器人的光响应 LCP 材料：
- 光热效应 ：在 LCP 材料中掺杂光热染料（如石墨烯、金纳米粒子、碳纳米管等），这些染料可以吸收光并将其转化为热量。产生的热量可以散发到 LCP 网络中，引发从有序到无序的分子相转变和宏观形状变形。
- 光机械效应 ：在 LCP 材料中掺杂光机械染料，这些染料可以吸收光并将其转化为几何变化（基于异构化）。光照时，这些光机械染料会对周围的 LCP 分子网络施加应力，导致分子排列的破坏并引发宏观体积变化。在某些情况下，光机械染料也会释放热量，导致热和机械因素共同作用于 LCP 的形状变形。
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