在现代机器人技术的发展进程中，机器人的小型化成为一个热门趋势，推动着微型驱动器的创新发展。，使其很适合在小空间、小重量和低能量效率的应用中使用，在人造肌肉、生物医学、能量收集和微流控等诸多领域。虽然现有的微驱动器已经表现出各式各样非凡的能力，但大多数微驱动器仅限于单向变形。在实际应用中，往往需要多种复杂的变形，而传统的微驱动器却达不到要求。尽管一些现有的微驱动器可以依靠多种能源来维持复杂的变形，但是对多能源的依赖又会带来新的限制，特别是在这些能源不可用或难以获得的场景下。目前利用单一能量源实现微驱动器的复杂变形仍是一个巨大的挑战。

  近期，香港城市大学朱平安教授团队基于液滴微流控技术制备了具有壳核结构的非对称微纤维，能够响应湿度变化而产生复杂的“往复式”变形，解决了传统微型驱动器对多重复杂变形的需求和多种能量源的依赖性的问题。

  不同于传统双层驱动器的结构设计，新型微纤维驱动器主要由复合海藻酸钠-硅藻土材料组成，其内部嵌入偏心排布于纤维一侧的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微粒带。其中海藻酸钠-硅藻土外壳具有亲水性，可吸水发生溶胀；而PDMS核则具有疏水性，对于湿度无响应。主导纤维吸水失水的各向异性有助于实现可逆的往复变形，揭示了亲水性外壳和疏水性内核之间的复杂相互作用。

  利用液滴微流控技术能精确制造所设计的非对称微纤维驱动器。在这一过程中，共流微流控装置起到了及其重要的作用。内管放置于外管偏心处确保产生的油滴位于海藻酸钠液体射流的一侧。生成的微纤维干燥后，所有PDMS微粒通过海藻酸钠-硅藻土接头形成单独的结。微纤维的轴线偏离于微粒的轴线，因此导致生成非对称的微纤维形貌。

  由于微纤维固有的不对称性，主干和不均匀棘齿状结构之间的体积变化明显不同，因此导致微纤维的变形。微纤维驱动器的水合和脱水过程中的体积变化是可逆的。

  水合过程中微纤维曲率半径先变小后变大,脱水过程中曲率半径先变大后变小。水合过程纤维的亲水性外壳首先接触水，同时疏水性微粒疏水。因此与棘齿状结构附近的海藻酸钠-硅藻土相比，主干处优先更快地吸水，导致体积增加，初始阶段曲率半径减小。主干处水快速饱和，棘齿状结构附近的海藻酸钠-硅藻土继续吸水，导致体积增加，第二阶段的曲率半径增加。脱水过程中在主干的海藻酸钠-硅藻土体积较大的情况下，水蒸发得更快，导致体积减小得更快，并在初始阶段向主干处弯曲变形。主干侧完全脱水后停止失水，而棘齿状结构附近的失水过程仍在继续。因此，在第二阶段中，微纤维驱动器在棘齿状结构处体积减小更显著，导致在第一阶段中观察到的方向相反方向上的变形。

  可以通过改变微纤维驱动器的形貌来调控变形。利用微流控技术改变微纤维和微颗粒的几何形貌和尺寸，驱动器初始和最终状态下的曲率和变形幅度都发生了变化，而变形的总体趋势保持一致。

  该微纤维驱动器在操纵液体和固体方面具有多功能性。与传统限于单向变形的驱动器相比，这种能力允许双向变形的微纤维驱动器在任务执行后与目标位置保持一定距离。

  该研究介绍了一种全新的、通用的策略来设计和制造新型微纤维驱动器，其独特之处在于与传统双层驱动器不同的复杂往复变形。这项研究不仅将促进对非对称微纤维驱动器及其相互变形的理解，还将为下一代驱动器的开发奠定基础，有望提高其通用性和多功能性。

  朱平安，香港城市大学机械工程系助理教授，主要是做微纳尺度流动基础及应用研究，包括微流控、表界面浸润性、仿生设计和制造、微纳马达/驱动器；在Science, Nature Communications, Advanced Materials, Chemical Reviews等期刊发表论文40余篇，合作出版英文学术专著1部；研究成果获得众多媒体和杂志的重点报道，包括Science News、The Times、News Scientist、法国驻香港大使馆、新华社、香港TVB等；曾获得多项荣誉和奖项，包括2022及2023 Lab on a Chip杰出审稿人、2022 Micromachnies 杰出青年学者奖、2021中国新锐科技人物突出成就奖、2018 TechConnect全世界创新奖、2017香港青年科学家奖提名等。欢迎对研究领域感兴趣的博士生加入课题组，联系方式：个人主页：。

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