低压驱动纤毛水凝胶微执行器

1.5 V 驱动，毫秒响应

通过双光子聚合打印的微米级水凝胶网络，在低电压下由离子迁移驱动，实现仿生纤毛的三维旋转弯曲运动，无需水解即可快速响应。

Liu, Zemin · Che, Wang · Ren, Ziyu · Wang, Chunxiang · Wang, Wenkang · Jongkuk, Ko · Shanyuan, Song · Chong, Hong · 陈曦 · Wang, Hongguang · Wenqi, Hu · Sitti, Metin

Nature 2026

参数信息

驱动电压

1.5 V

驱动频率

40 Hz

循环耐久性

330000 cycles

水凝胶模量

1000 Pa

技术优势

电压低至 1.5 V

无需水解即可驱动，避免了气泡产生和电极损伤，适合在含水环境中操作。

响应时间毫秒级

弯曲运动由离子在纳米尺度水凝胶网络中的迁移驱动，发生在毫秒内，可实现高频动态控制。

可承受 330,000 次循环

连续驱动 330,000 次后性能衰减小于 30%，表现出优异的机械耐久性。

可大规模集成

可通过常规光刻技术在柔性聚酰亚胺基底上大规模制造，并利用微电极阵列对每个纤毛进行独立控制。

应用场景

• 微流控：在微通道内实现无阀泵送和微粒操控。
• 微纳机器人：作为微型机器人的驱动单元，提供低压高速运动。
• 仿生器件：模拟天然纤毛的三维运动，用于生物启发设计。
• 微型医疗器件：在体内微环境中无水解驱动，减少组织损伤。