多功能机器人电驱动流体：实现软体流体驱动系统的集成化与智能化

研究人员针对软体流体系统功能单一、集成度低的问题，开发了一种集驱动、传感、自修复、损伤检测和摩擦电供能于一体的多功能电驱动流体（robotic electrofluid）。通过激活工作流体中的电子实现驱动与传感功能，并引入水反应性自修复剂实现水下自修复。该流体模块化设计支持即插即用，在软体机器人鱼、章鱼机器人和可穿戴设备中验证了其多功能性，为软体系统的高集成化和轻量化提供了新平台。

　　

在自然界中，生物体液（如血液）通过集成传输、驱动、调节和自修复等多功能，支撑生命体的复杂活动。然而，人工软体流体系统长期面临功能单一、硬件冗余的挑战——传统系统往往需要叠加不同流体分别实现驱动、传感等功能，导致系统复杂度、重量和体积急剧增加。尤其在水下环境中，现有自修复材料依赖可逆化学键的精确分子排列，难以修复宏观不规则损伤；而软体系统与环境的能量交互机制缺失，更限制了其自主生存能力。

针对这些瓶颈，浙江大学的研究团队在《eScience》发表了一项突破性研究，开发出仿生多功能机器人电驱动流体（robotic electrofluid）。该流体通过电子激活、化学改性和摩擦电赋能三大策略，首次将驱动、传感、水下自修复、损伤检测和摩擦电供能集成于单一流体中。研究人员采用多材料3D打印技术制备柔性三角棱柱-狭缝电极对，构建理论模型优化电渗流驱动性能；通过添加聚氨酯使流体与水反应生成弹性膜，实现水下自主修复；利用摩擦纳米发电机（TENG）收集环境机械能转换为电能驱动流体运动。

研究结果显示：（1）电驱动流体构建：基于电渗流原理，优化后的DBD-S80-F流体最大输出压力达15 kPa，流量达400 ml/min；（2）自主自修复系统：流体接触水后1分钟内形成可拉伸200%的弹性膜，修复后的软体驱动器弯曲角度恢复至原性能的60%-90%；（3）多模态传感：通过残余电荷检测实现弯曲角度感知（电阻变化范围2-3 MΩ）和损伤报警（电阻骤降80%）；（4）摩擦电供能系统：非接触式TENG输出13.9 kV高压，直接驱动流体运动；（5）模块化设计：仅需机械/电气接口即可实现软体鱼尾的即插即用。

在应用验证中，搭载该流体的章鱼机器人展现出优雅游动能力，受损时可自主感知并启动修复；软体鱼能通过流体传感逃避威胁；手指可穿戴设备则同步实现驱动与运动感知。这项研究突破了多功能流体设计的传统局限，其"功能编码于流体"的理念为软体系统的轻量化、智能化发展开辟了新路径。未来通过优化TENG低速性能、拓展流体功能因子，有望进一步推动仿生机器人技术在复杂环境中的应用。

（注：关键技术方法包括：1.多材料3D打印柔性电极-流道一体化结构；2.电渗流理论建模与流体化学改性；3.基于聚氨酯的水反应自修复机制；4.非接触式摩擦纳米发电机制备；5.模块化接口设计。）