撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

諸如跳躍之類的快速動(dòng)作需要將大量勢(shì)能迅速轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。對(duì)于機(jī)器人系統(tǒng)而言，這可能會(huì)使機(jī)載電源達(dá)到極限。

而現(xiàn)在，來(lái)自浙江農(nóng)林大學(xué)等單位的研究人員設(shè)計(jì)了一種新方法——利用聚焦近紅外加熱、超聲波或電火花遠(yuǎn)程啟動(dòng)并引發(fā)空化氣泡的生長(zhǎng)和突然破裂（該設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于抑制氣泡釋放，直到達(dá)到穩(wěn)定性極限），在氣泡劇烈破裂時(shí)利用其中所含的能量來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的跳躍、游泳。這一概念還可適用于多種材料、液體和不同操作環(huán)境。

這項(xiàng)研究于 2025 年 8 月 29 日 發(fā)表于國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊Science上，論文題為：Launching by Cavitation。該研究由浙江農(nóng)林大學(xué)戴朝卿教授團(tuán)隊(duì)與加州大學(xué)洛杉磯分校賀曦敏教授團(tuán)隊(duì)等合作完成，據(jù)悉，這是浙江農(nóng)林大學(xué)首次以第一完成單位和通訊作者單位在Science期刊發(fā)表研究論文。

該研究首次創(chuàng)新性地提出并驗(yàn)證了一種基于空化效應(yīng)的高效發(fā)射機(jī)制，通過(guò)精確控制液體中氣泡的劇烈潰滅過(guò)程，將傳統(tǒng)上具有破壞性的空化現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為可控、高效的動(dòng)力源，成功實(shí)現(xiàn)了微小型器件的高速跳躍、游泳和精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)，在智能生物技術(shù)領(lǐng)域展現(xiàn)出重要的應(yīng)用潛力。

空化效應(yīng)（Cavitation），指液體在低壓或高溫區(qū)域形成蒸汽氣泡的過(guò)程，通常具有破壞性，但其能量也可被用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器和機(jī)器人。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)抑制空化的即時(shí)能量釋放（直至達(dá)到穩(wěn)定性極限），利用其在過(guò)熱液體中積累大量能量。這些高能且不穩(wěn)定的氣泡會(huì)劇烈坍縮，爆發(fā)高功率和高作用力，從而驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

值得注意的是，研究團(tuán)隊(duì)基于空化效應(yīng)的發(fā)射機(jī)制開(kāi)發(fā)了毫米級(jí)微型器件，其通過(guò)空化發(fā)射可實(shí)現(xiàn) 1.5 米的跳躍高度，達(dá)到12 m/s的峰值速度、7.14×10?m/s2的加速度以及0.64% 的能量轉(zhuǎn)換效率；該器件還能夠以12 cm/s 的速度在水面游動(dòng)。

這種基于空化效應(yīng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制可適配多種裝置材料、液體介質(zhì)、刺激方式和操作環(huán)境。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地實(shí)現(xiàn)空化播種酢漿草種子、變色龍捕食過(guò)程，這種高度的普適性為其跨領(lǐng)域應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)，可為后續(xù)森林食物的種苗培育與利用提供驅(qū)動(dòng)手段，為仿生智能農(nóng)林裝備提供技術(shù)和理論支撐。

浙江農(nóng)林大學(xué)森林食物資源挖掘與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為該論文第一單位和通訊作者單位。浙江農(nóng)林大學(xué)王大磊副教授、加州大學(xué)洛杉磯分校博士研究生劉梓虓、浙江農(nóng)林大學(xué)光學(xué)工程碩士研究生趙鴻萍和秦?zé)ㄆ?/strong>為論文共同第一作者，浙江農(nóng)林大學(xué)戴朝卿教授、加州大學(xué)洛杉磯分校賀曦敏教授、浙江農(nóng)林大學(xué)周國(guó)泉教授、安徽工業(yè)大學(xué)王丹副教授、浙江農(nóng)林大學(xué)劉威副教授為論文共同通訊作者。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu8943