石蜡装置（梯度-石蜡填充MXene膜仿生机器人柔性光驱动执行器）
石蜡装置（梯度-石蜡填充MXene膜仿生机器人柔性光驱动执行器）图 5. 具有绿色荧光的 PW-MX 执行器在主动伪装和信号传输中的应用。(a) CdSe/ZnS-量子点掺杂的 PW-MX 执行器的光致发光光谱。插图：CdSe/ZnS 量子点掺杂 PW-MX 执行器的荧光显微镜图像。(b) PW-MX 致动器在紫外光照射下的颜色变化。(c) 自制系统示意图，用于演示 PW-MX 执行器在信号和培根密码中的四个字母“BJUT”的应用。下面的面板显示了培根代码“abaab”的一系列光学图像，意思是字母“J”。图 4. 基于 PW-MX 执行器由人类手指的红外辐射触发的 inchworm 机器人的爬行。(a) 当人工手指靠近机器人和远离机器人时，尺蠖机器人形状变化的光学图像。插图是人造手指的热图像，显示了指尖在 36 °C 时的温度。(b) 由人类手指的接近和后退触发的尺蠖机器人爬行的光学图像。(c) 尺蠖机器人头部和尾部位置随时间的变化。(d) 由人类手指
摘要
由于其高度的灵活性和适应性，仿生机器人在医疗保健、救援和监视等应用中具有巨大的潜力。柔性执行器是仿生机器人的重要组成部分，决定了其性能。尽管仿生机器人研究取得了很大进展，但制备具有大行程、高灵敏度、快速响应、低触发功率和长寿命的柔性执行器仍然存在巨大挑战。
最近，北京工业大学马赫副研究员与张新平教授团队研究提出了一种基于石蜡和 Ti3C2Tx MXene (PW-MX) 薄膜复合材料的柔性执行器。这种灵活的执行器（致动器）具有出色的致动性能，包括曲率变化大 (2.2 × 102 m-1)、热灵敏度高 (4.6 m-1/°C)、光触发功率低 (76 mW/cm2)、波长选择性、快速响应（0.38 秒）和长寿命（>20000 次循环）。由于PW-MX薄膜的高热灵敏度和强红外吸收，基于PW-MX薄膜的蠕虫机器人的爬行运动可以通过人手指的红外辐射来触发。为了模拟具有生物发光的生物体，团队通过用 CdSe/ZnS 量子点掺杂 PW-MX 薄膜制备了具有绿色荧光的 PW-MX 执行器。发光功能的集成使 PW-MX 执行器能够在光刺激下传递信息，并在绿叶背景下主动伪装。凭借其易于制造和高驱动性能的优点，柔性 PW-MX 驱动器有望在未来应用于更多应用。相关论文以题为Flexible Photodriven Actuator Based on Gradient–Paraffin-Wax-Filled Ti3C2Tx MXene Film for Bionic Robots发表在《ACS Nano》上。
主图导读
图 1. 基于梯度石蜡 (PW-MX) 填充 MXene 薄膜的执行器的制造和表征。(a) MXene溶液的廷德尔散射效应的光学图像和真空过滤制备MXene(MX)薄膜的示意图。(b) 独立式 MX 薄膜的光学图像。(c) MX 薄膜横截面的 SEM 图像。(d) 制备梯度-PW 填充 MXene (MX) 薄膜的示意图。(e) PW-MX 薄膜的光学图像。(f) PW-MX 薄膜横截面的 SEM 图像。(g) 纯 MX 和 PW-MX 复合材料之间边界的放大 SEM 图像。
图 2. PW 填充水平对 PW-MX 薄膜驱动性能的影响。(a) 梯度 PW 填充 MX 薄膜的几何模型。(b) 在光照射 (150 mW/cm2) 下，梯度-PW 填充 MX 薄膜的模拟弯曲运动。(c) PW 包裹的 MX 薄膜的几何模型。(d) 在光照射 (150 mW/cm2) 下，由 PW 包裹的 MX 薄膜的模拟弯曲运动。
图 3. PW-MX 执行器的光致动性能。(a) 一系列照片显示了 PW-MX 执行器在光照下的弯曲运动。(b) PW-MX 执行器在光照下弯曲运动的几何模型。(c) PW-MX 执行器的曲率变化和温度对波长为 808 nm 的激光功率密度的依赖性。插图显示了弯曲应变随激光功率密度的变化 (d) PW-MX 执行器在不同波长光照下的曲率变化。(e) PW-MX 执行器在光刺激下的瞬态响应。f) PW-MX 执行器的稳定性测试。(g) 该PW-MX执行器与其他柔性执行器在热灵敏度和响应时间方面的比较。
图 4. 基于 PW-MX 执行器由人类手指的红外辐射触发的 inchworm 机器人的爬行。(a) 当人工手指靠近机器人和远离机器人时，尺蠖机器人形状变化的光学图像。插图是人造手指的热图像，显示了指尖在 36 °C 时的温度。(b) 由人类手指的接近和后退触发的尺蠖机器人爬行的光学图像。(c) 尺蠖机器人头部和尾部位置随时间的变化。(d) 由人类手指的接近和后退触发的尺蠖机器人爬行的热图像。
图 5. 具有绿色荧光的 PW-MX 执行器在主动伪装和信号传输中的应用。(a) CdSe/ZnS-量子点掺杂的 PW-MX 执行器的光致发光光谱。插图：CdSe/ZnS 量子点掺杂 PW-MX 执行器的荧光显微镜图像。(b) PW-MX 致动器在紫外光照射下的颜色变化。(c) 自制系统示意图，用于演示 PW-MX 执行器在信号和培根密码中的四个字母“BJUT”的应用。下面的面板显示了培根代码“abaab”的一系列光学图像，意思是字母“J”。
总之
使用 PW 和 MX 薄膜的组合构建了一个灵活的执行器。PW-MX 致动器表现出大曲率变化 (2.2 × 102 m-1)、高热灵敏度 (4.6 m-1/°C)、低光触发功率 (76 mW/cm2)、波长选择性、快速响应 ( 0.38 秒）和长寿命（> 20 000 次循环），证明了执行器出色的整体性能。在这项工作中还设计和演示了仿生应用，包括由人类手指的红外辐射触发的蛞蝓机器人和具有主动伪装和信号功能的光致动器。预计越来越多的应用需要灵活、高灵敏度、高速和低功耗的执行器，如本文中的那些。这些致动器将很容易用于光开关和人造肌肉等领域。
参考文献：
doi.org/10.1021/acsnano.1c03950
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