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作需要將大量勢能迅速轉(zhuǎn)化為動能。對于機器人系統(tǒng)而言，這可能會使機載電源達到極限。

而現(xiàn)在，來自浙江農(nóng)林大學(xué)等單位的研究人員設(shè)計了一種新方法——利用聚焦近紅外加熱、超聲波或電火花遠程啟動并引發(fā)空化氣泡的生長和突然破裂（該設(shè)計的關(guān)鍵在于抑制氣泡釋放，直到達到穩(wěn)定性極限），在氣泡劇烈破裂時利用其中所含的能量來驅(qū)動機器人的跳躍、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。

這項研究于 2025 年 8 月 29 日 發(fā)表于國際頂尖學(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)戴朝卿教授團隊與加州大學(xué)洛杉磯分校賀曦敏教授團隊等合作完成，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)新性地提出并驗證了一種基于空化效應(yīng)的高效發(fā)射機制，通過精確控制液體中氣泡的劇烈潰滅過程，將傳統(tǒng)上具有破壞性的空化現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為可控、高效的動力源，成功實現(xiàn)了微小型器件的高速跳躍、游泳和精準運動，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程，通常具有破壞性，但其能量也可被用于驅(qū)動執(zhí)行器和機器人。

在這項最新研究中，研究團隊通過抑制空化的即時能量釋放（直至達到穩(wěn)定性極限），利用其在過熱液體中積累大量能量。這些高能且不穩(wěn)定的氣泡會劇烈坍縮，爆發(fā)高功率和高作用力，從而驅(qū)動運動。

值得注意的是，研究團隊基于空化效應(yīng)的發(fā)射機制開發(fā)了毫米級微型器件，其通過空化發(fā)射可實現(xiàn) 1.5 米的跳躍高度，達到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。

這種基于空化效應(yīng)的驅(qū)動機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。研究團隊創(chuàng)新地實現(xiàn)空化播種酢漿草種子、變色龍捕食過程，這種高度的普適性為其跨領(lǐng)域應(yīng)用提供了堅實理論基礎(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重點實驗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