近期，中国科学院合肥物质院固体所田兴友研究员和张献研究员团队，受植物叶脉和叶肉结构的启发，利用激光刻蚀在液态金属/低膨胀聚酰亚胺（LM@PI）薄膜上加工出超结构，并通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装，成功制备了LM@PI/PDMS光热致动器。该策略有效解决了光热致动器在承载性能与响应速度之间难以兼容的问题，相关成果表在材料类TOP期刊Advanced Materials 上。

基于不对称热膨胀原理的光热致动器，其响应速度、形变程度和承载性能之间存在固有的矛盾。轻薄的光热致动器响应速度足够快，形变量足够大，但是强度小，几乎不能承重。厚重的光热致动器具有不错的承重性能，但是响应速度和形变程度又会大打折扣。为解决这一问题，液态金属光热致动器应运而生。与传统光热材料（如碳材料、贵金属纳米颗粒等）不同，液态金属（LM）微球在赋予聚合物光热特性的同时，并不会显著提高聚合物的强度。尽管液态金属具有诸多优势，但单纯引入LM微球对光热致动器的性能提升仍然有限。

植物叶脉作为输送营养、无机盐和水分的微管束，不仅能够支撑叶片，还能控制其形态；而薄叶肉则有效减轻叶片质量并降低弯曲阻力。基于这一自然原理，研究团队设计了一种具有叶脉状结构的LM光热致动器，旨在提高其承载能力，同时确保快速响应，并赋予其可编程变形的功能。

受此启发，研究团队利用激光在LM@PI薄膜上有序刻蚀出石墨烯沟槽，并通过PDMS封装，成功制备了初始形态和形变均可编程的LM@PI/PDMS光热致动器。这种类叶脉结构保证了致动薄膜响应速度，并大幅提升了承载能力。基于这一技术，研究人员成功设计出集爬行、跳跃、游泳、站立于一体的光驱机器狗和高速振荡器等。

该研究首次将超结构引入可编程LM光热致动器中，为设计和制备LM可编程光热致动器提供了新策略。各种机器人和智能系统的成功设计和展示将推动LM光热致动器的研究和实际应用。

固体所田兴友研究员和张献研究员为文章的共同通讯作者，博士生李宵飞为论文第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金、合肥物质院院长基金、江淮前沿技术协同创新中心追梦基金和中央引导地方科技发展专项基金支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202416991

图1.受叶脉启发的可编程液态金属光热致动器。

图2.基于优异性能和编程结构，设计出的集爬行、跳跃、游泳、站立于一体的光驱机器狗和高速振荡器。