动态耦合实现水凝胶弹射器的脉冲式喷射

《Nature Communications》：Dynamic coupling enables impulsive ejection in a hydrogel catapult

　　

摘要

弹射动力学可以为微型机器人提供高速、跨尺度的运动和免接触操作。在此，我们提出了一种用于微型机器人中动能产生与传递的动态耦合弹射策略。我们通过双层水凝胶弹射器展示了该策略，其中由快速相变驱动的形变与弹丸及基底之间实现动态耦合，从而实现大幅度的功率输出和动能释放。由此产生的弹射驱动系统实现了扩展的弹丸质量范围（0-1000倍弹射器自重）、同等质量弹丸16.6 m/s的发射速度，以及超过大多数天然和工程化微型弹射器的功率密度（>8.74×10? W/kg）。作为概念验证，我们展示了一种水凝胶弹射器驱动的活检机器人，能够弹射粗针，在单次操作中获取深层组织样本。这些结果为推动微型软体机器人中的快速运动和功率输出提供了一种平台。