由氢氧内燃驱动的高速强力微型致动器

开发能够集成到微型设备中的高速强力微型致动器是必然的挑战，由于缺乏合适的驱动原理。本文演示了一种由体积为 3.1 纳米升的腔体内氢氧内燃驱动的膜致动器。只有在极高的表面积到体积比（S/V）约为 10^7 1/m 时，才能在如此小的体积内实现燃烧。通过在特殊条件下仅产生纳米气泡的电化学方法制备具有此 S/V 比的燃料。一团纳米气泡合并形成微气泡，随后爆炸，在 10 微秒内将体积增加 500 倍。致动器产生瞬时力最高可达 0.5N，并且能够移动比其自身质量高 11,000 倍的物体。约 10 毫秒的自然响应时间由于产生爆炸气泡所需的孕育时间所决定。该设备在 1Hz 的频率下可靠地实现循环致动，受电解质老化的限制。经过 40,000 次爆炸后，腔体未见明显磨损。由于实现了突破性的加速度和标准的微制造技术，该致动器可作为各种微设备的通用引擎，包括微-电磁力学系统、微流体控路、微机器人、可穿戴和植入式设备。