Основная сложность в разработке фототермических приводов заключается в необходимости находить баланс между скоростью и грузоподъемностью. Тонкие приводы отличаются быстродействием, но недостаточно прочные, тогда как толстые выдерживают большие нагрузки, но работают медленнее. Приводы на основе жидких металлов ранее казались перспективными, но они не решили эту проблему. Добавление микросфер жидкого металла улучшало тепловые свойства, но не увеличивало прочность материала.

Исследователи из Института физических наук Хэфэй Китайской академии наук вдохновились микрососудистой системой листа и создали сложную сеть графеновых канавок в пленках из жидкого металла и полиимида (LM@PI) с помощью лазерного травления. Затем эти канавки были покрыты силиконом полидиметилсилоксаном (PDMS) для получения программируемого привода. Подобная структура обеспечивает быструю реакцию привода, сохраняя его прочность и долговечность.

Новый привод имеет угол изгиба 159,05 ± 2,52°, осуществляет колебания с частотой 19 Гц и способен выдерживать вес, превышающий собственный в 190 раз. Скорость реакции составляет 60,96 ± 3,08°/с. Добавление микросфер жидкого металла делает устройство более стабильным и позволяет ему выдерживать более 20 800 циклов без поломки.

В качестве демонстрации команда создала фотоактивируемую роботизированную собаку, которая может ползать, прыгать, плавать и стоять, а также высокоскоростные осцилляторы и однополюсные трехпозиционные переключатели.

Это исследование предлагает новые подходы к разработке быстрых, прочных и универсальных приводов для робототехники и интеллектуальных систем.