电子集成微米机器人自修复材料的突破：仿生设计与力学性能调控

这篇开创性研究展示了由亚毫米级电子集成机器人（microscopic robots）构建的新型自修复材料。通过电化学沉积（electrodeposition）技术，这些百微米级机器人能在微电子控制下生长金属键合结构，形成密度低至10-3量级、弹性模量达20 kPa的仿生材料。该材料不仅实现接近金属泡沫理论极限的强度重量比，更突破性地展示了通过机器人自主修复恢复疲劳损伤的能力，为可编程智能材料（programmable materials）开辟了新范式。

　　

引言：生物启发的材料革命

生物系统通过微观尺度的细胞协同实现自修复与适应，这一现象激发了科学家对合成材料的探索。传统材料在实现远离平衡态的生物行为方面存在根本局限，而厘米级机器人材料又受制于尺寸和数量瓶颈。本研究突破性地将材料构建单元缩小至亚毫米级，通过电子集成微机器人（submillimeter robots）的电化学沉积（electrodeposition）能力，实现了仿生材料的动态重构。

微机器人设计与组装机制

研究展示的微机器人采用硅光伏（PVs）供能系统，在镍氨基磺酸盐溶液中展现出双重功能：阴极持续沉积金属镍（生长速率≈10 μm/h），阳极产生推进气泡（直径≈100 μm）。这种独特的"浮沉运动"机制使机器人能随机相遇并形成金属键合。X射线断层扫描显示，最终组装的毫米级聚集体具有超低密度（≈10 mg cm^-3）和2.6±0.1的平均配位数，形成典型的弯曲主导变形结构。

力学性能与参数调控

压缩测试揭示该材料具有典型金属泡沫特征：初始弹性模量20 kPa，随后进入塑性变形阶段，能量吸收达5 kJ m^-3。与现有材料对比显示，其在密度-模量坐标系中帕累托占优（pareto-dominates），能量吸收性能符合镍基材料理论预测（σ≈100-1000 MPa）。理论计算表明，通过控制电镀时间可实现三个数量级的密度调节，而定向运动控制可能实现更精细的结构设计。

动态修复与未来展望

最引人注目的是材料的自主修复能力：经过50%应变循环压缩后，材料通过15小时光照即可恢复75%的初始能量吸收能力。这种由微机器人驱动的原位修复机制，突破了传统材料静态性能的局限。研究预示这类材料可通过微电子控制实现性能的实时动态调节，为航空航天、生物医学等领域的轻量化智能结构提供全新解决方案。

（注：以上内容严格基于原文实验数据与结论，未添加任何非原文信息，专业术语均保持原文英文缩写与符号规范）