微型機器人如同水黽般在水面上滑行的願景,隨著一項新的製造技術的出現,或許將成為現實。這項技術由維吉尼亞大學機械與航空工程學系的教授 Baoxing Xu 提出,名為 HydroSpread,允許科學家直接在水面上製造柔性機器。這一方法的關鍵在於能夠在液體表面製作超薄且靈活的薄膜,這些薄膜是軟性機器人裝置的基本構件。
以往,這些薄膜必須在玻璃等堅硬表面上製作,然後再小心翼翼地轉移到水面上。這一過程常常會導致薄膜的損壞或撕裂。而 HydroSpread 則利用液體本身作為「工作台」,使液態聚合物的滴落自然展開成均勻的薄片,隨後利用激光將其雕刻成精確的形狀。Xu 指出:「直接在液體上製作薄膜讓我們擁有了前所未有的整合和精確度。我們不再需要在堅硬的表面上製作再轉移,而是讓液體自動提供完美平滑的平台,從而減少每一步的失敗率。」
在這一新技術的展示中,Xu 的團隊創造了兩個受昆蟲啟發的原型機器人。首個原型 HydroFlexor 透過類似魚鰭的運動在水面上划行,另外一個原型 HydroBuckler 則模仿水黽的步態,用彎曲的腿向前「行走」。在實驗室中,研究人員利用上方的紅外加熱器為這些裝置供電,隨著薄膜加熱,其層狀結構彎曲或變形,從而產生運動。通過開關熱源,這些機器人可以調整速度,甚至改變行進方向。這一概念證明了小型浮動機器人未來可能通過陽光、磁場或內嵌加熱器進行控制,這將為自主機器人打開大門,使其能夠在洪水區域進行偵查、監控污染物或在危險地區收集水樣。
除了機器人技術的應用外,HydroSpread 的影響還延伸至其他領域。這項技術能夠更輕鬆地生產適用於可穿戴醫療傳感器、柔性電子產品和環境監測器的精細薄膜。這類裝置需要薄且韌性強,能在剛性材料失效的地方繼續工作。藉著避免脆弱的轉移過程,並實現直接在液體上製作,Xu 的方法可能會改變科學家在多個領域中設計輕量化和適應性技術的方式。
Xu 強調說:「我們不再需要在堅硬的表面上製作然後轉移,而是讓液體自動完成這一過程。」目前,HydroFlexor 和 HydroBuckler 仍然只是實驗室規模的原型。然而,它們的昆蟲般的運動暗示著未來可能出現一支由微型機器人組成的艦隊,能在水面上滑行,執行過去對人類來說過於危險或精細的任務。這項研究的成果已經發表在《Science Advances》上。




