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Science Robotics 封面
■本报记者 袁一雪
近日，美国康奈尔大学的中国学者刘清坤联合多位纳米科学家在Science Robotics发表论文，以阐述该团队研发的只有十几微米大小的微型机器人——可折叠千纸鹤。该论文登上期刊封面。
千纸鹤机器人最吸引人之处并非体积，而是其自我折叠的功能。只要对其施加1V的电压，不消一秒钟，它便能从平面自动折叠千纸鹤的形状。
如此微小的机器人，在制作上的难度却不亚于甚至大于大型机器人。
因为微型机器人体积虽小，却要装备与大型机器人同样的传感器与通信接口与控制电路。而制作这只可自动折叠的千纸鹤，更是需要具有形状记忆功能的微型驱动器。
此前的同类驱动器，一般使用陶瓷、合金和聚合物等打造。但是这种材料很难制作出可安装晶体管控制的微型驱动器（CMOS），后者是微型驱动器与机器人的“大脑”相连的关键步骤。为解决这一问题，刘清坤用铂金属薄膜表面电化学氧化还原的方法，制备出一种电控形状记忆驱动器。驱动器由铂和惰性材料（二氧化钛或金属钛）组成，其中铂被后者覆盖。整个驱动器体积很小，约30个原子厚，即不到10纳米，因此它的弯曲半径也非常小，仅有500纳米。
当驱动器被施加高电压时，铂没有被惰性材料包裹的部分会被氧化。随着氧化的过程，铂的暴露面就会伸长，而另一面的长度不变，整个结构也会因此变弯。之后，嵌到铂中的氧原子会形成一个壁垒，从而避免扩散出来，即使撤掉电压，依然能保持弯曲形状，这也是形状记忆功能的来源；反过来，如果施加低电压，铂里面的氧原子就会离开，此时再把电压撤掉，驱动器依然可保持原状。
不过，一个由铂和惰性材料组成的纳米大小的微型驱动器，通常只能向一个方向弯曲。但研究人员改变纳米铂膜和惰性层的沉积顺序后，微型驱动器就可向另外一个方向弯曲，这正是折纸需要的基本功能——双向折叠。
因为驱动器的改进，研究人员才能制作出体积大小为几十微米的千纸鹤。
相关论文信息：https://doi.org/10.1126/scirobotics.abe6663
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