基于翘起不稳定性的软质水凝胶游泳器的最小驱动与控制

微型生物体通过周期性、非互惠式振动细长附件（称为鞭毛）在粘性环境中自我推进。人工材料已广泛用于模拟此类运动。然而，实现这种协调振动的生物仿生鞭毛需要由空间和时间调制的复杂驱动。我们通过对聚电解质水凝胶样品的实验，证明了通过统一且静止的电场即可实现软质机器人游泳器的定向振动 locomotion。一种最小的数学模型足以再现，从而解释观察到的行为。游泳水凝胶机器人的周期性振动源于翘起不稳定性，由其在粘性环境中的主动与被动重构之间的相互作用导致。有趣的是，驱动式软体机器人表现出一种电趋性（electrotaxis），其游泳轨迹可通过简单地重新定向电场来控制。我们的发现为通过利用翘起不稳定性实现对简单刺激的复杂功能响应，追踪软体机器人系统中机械智能的实现之路。虽然实验是在毫米尺度的水凝胶游泳器上进行的，但我们引入的设计原则仅需简单几何，因而适用于通过微加工技术实现微型化。我们相信，这一原理也可转移到更广泛的软活性材料类中。