Das Gehen auf der Wasseroberfläche ist eine einzigartige Bewegungsform in der Natur. Dennoch ist der Bau von wasserbasierten weichen Robotern mit kontrollierbarer Geschwindigkeit und Richtung eine große Herausforderung. Diese Studie verwendet einen hydrophoben Flüssigkristallfilm als biomimetischen Roboterkörper, kombiniert mit einem reaktiven Flüssigkristall-Elastomer (LCE) als Antriebsarm. Durch das Laden eines photothermischen Konverters in das LCE und die Adsorption von Kampfer auf seiner Oberfläche als Brennstoff für den Marangoni-Effekt wurde ein lichtgesteuerter biomimetischer Mikroroboter gebaut, der auf der Wasseroberfläche läuft. Unter Lichtantrieb wechselt der LCE-Antriebsarm zwischen ausgefahrenem und gefaltetem Zustand und verändert dadurch den Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche, was zu Veränderungen in der Adsorption sublimierender Brennstoffmoleküle auf der Wasseroberfläche führt. Wenn der Antriebsarm ausgefahren nahe der Flüssigkeitsoberfläche ist, steigt die Adsorption, die lokale Oberflächenspannung sinkt, wodurch der Marangoni-Effekt erzeugt wird, der den Mikroroboter vorwärts treibt. Entsprechend kehrt das LCE in den gefalteten Zustand zurück und entfernt sich von der Wasseroberfläche, wodurch die Adsorption der Brennstoffmoleküle an der Oberfläche abnimmt, der Oberflächenspannungsgradient schwächt und die Bewegung stoppt, wodurch eine lichtinduzierte Start-Stopp-Funktion realisiert wird. Darüber hinaus wurde auf Basis eines Mehrfach-Faltarm-Mikroroboters eine mehrfreiheitsgradige steuerbare Bewegung unter Lichteinfluss hinsichtlich Richtung und Geschwindigkeit erreicht. Diese Studie überwindet die geringe Steuerbarkeit traditioneller Marangoni-gesteuerter Roboter bei Start-Stopp und Richtungskontrolle und bietet eine neue Strategie für das Design drahtloser weicher Roboter mit raum-zeitlich steuerbarem Antriebsverhalten in komplexen Wasserumgebungen.

Biomimetischer Antrieb; Flüssigkristall-Elastomer; Lichtreaktion; Marangoni-Effekt; Kontrollierter Antrieb