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在自然界中，袋鼠、青蛙和跳蚤等生物通常借助瞬間跳躍來(lái)捕捉食物或躲避危險(xiǎn)。它們主要通過(guò)調(diào)節(jié)自身形狀以達(dá)到所需的跳躍高度或距離，這為研究人員設(shè)計(jì)跳躍機(jī)器人提供了靈感。與傳統(tǒng)的剛性機(jī)器人相比，軟機(jī)器人由于其靈活性、重量輕、可編程、多功能性和適應(yīng)性等特點(diǎn)，被應(yīng)用于結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中。柔性致動(dòng)器作為軟機(jī)器人的主要構(gòu)造部分，可在外部環(huán)境刺激下如光、電場(chǎng)、蒸汽等，產(chǎn)生可逆機(jī)械變形，在跳躍運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域具有巨大的潛力。迄今已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多具有優(yōu)異跳躍能力的致動(dòng)器。早期的綜述主要集中在由具有機(jī)械部件的輕質(zhì)剛性材料制成的跳躍機(jī)器人上，重點(diǎn)關(guān)注跳躍方向控制和穩(wěn)定性。然而，很少有工作總結(jié)關(guān)于最近柔性致動(dòng)器的研究進(jìn)展。

該綜述文章系統(tǒng)總結(jié)了近年來(lái)柔性致動(dòng)器在跳躍運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的研究進(jìn)展。首先作者討論了柔性致動(dòng)器的跳躍機(jī)制，重點(diǎn)介紹了兩種跳躍驅(qū)動(dòng)機(jī)制（大致動(dòng)力或大變形速度，能量?jī)?chǔ)存-瞬時(shí)釋放），并對(duì)不同柔性材料（形狀記憶聚合物、介電彈性體、液晶彈性體、水凝膠及其他高分子聚合復(fù)合物）和不同刺激（光、濕氣、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、液壓及氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)等）響應(yīng)跳躍柔性致動(dòng)器進(jìn)行了詳細(xì)分類(lèi)總結(jié)。最后，作者對(duì)當(dāng)前實(shí)現(xiàn)柔性致動(dòng)器的跳躍運(yùn)動(dòng)面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展前景作了闡述。

圖1. 重點(diǎn)舉例說(shuō)明跳躍致動(dòng)器的兩種跳躍驅(qū)動(dòng)機(jī)制： (A) 基于較大的驅(qū)動(dòng)力：機(jī)器人將其腿部的一部分充氣，使身體向預(yù)期的跳躍方向傾斜。燃燒后，底部的半球體膨脹出來(lái)，緊貼地面，將機(jī)器人推向空中。（B）能量積累和瞬時(shí)釋放：滾動(dòng)執(zhí)行器的跳躍機(jī)構(gòu)。在外部刺激下，能量積聚在薄膜的部分重疊部分（A和C部分之間），然后突然釋放，使致動(dòng)器薄膜跳躍。

圖2. 代表性水凝膠材料跳躍致動(dòng)器的設(shè)計(jì)： (A, B)當(dāng)光照射在水凝膠球體上時(shí)，其內(nèi)部由于光熱效應(yīng)產(chǎn)生氣泡，并使內(nèi)部體積膨脹，導(dǎo)致致動(dòng)器撞擊基底并產(chǎn)生跳躍，從而可以實(shí)現(xiàn)障礙物的跳躍。

作者簡(jiǎn)介

劉遵峰，南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者。研究方向?yàn)椋悍律悄芨叻肿硬牧?，包括高?qiáng)韌人造蜘蛛絲、人工肌肉、柔性電子、柔性制冷等。目前共發(fā)表SCI論文100篇，總計(jì)SCI他人引用13000余次。其中以第一作者和通訊作者在Science (2篇), Nat. Commun., Adv. Mater. Chem. Soc. Rev等國(guó)際學(xué)術(shù)SCI期刊上發(fā)表研究論文60余篇。其中2015年關(guān)于可拉伸導(dǎo)體的研究工作被美國(guó)《Discover Magazine》評(píng)選為2015年度全球TOP100重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)；2019年關(guān)于“扭熱制冷”的工作開(kāi)創(chuàng)了新型固態(tài)柔性制冷新方法，大幅提高了制冷效率；研發(fā)的水凝膠纖維人造蜘蛛絲強(qiáng)度與韌性性能接近天然蜘蛛絲。受邀撰寫(xiě)多篇綜述，授權(quán)中國(guó)專(zhuān)利10余項(xiàng)。在多個(gè)國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議做邀請(qǐng)報(bào)告60余次。

周湘，中國(guó)藥科大學(xué)副教授，主要研究方向?yàn)樾》肿雍途酆衔锏暮铣杉捌湓谒幬镞f送和智能材料中的應(yīng)用。目前共發(fā)表SCI論文30余篇，包括Nat. Commun., Chem. Soc. Rev, Adv. Mater., Adv. Funct. Mater.,等。

李晶晶，武漢紡織大學(xué)講師，2019年畢業(yè)于南開(kāi)大學(xué)，主要研究方向?yàn)橹悄茯?qū)動(dòng)材料的研究及應(yīng)用。目前共發(fā)表SCI論文10余篇，包括Nat. Commun., Adv. Funct. Mater., J. Mater. Chem. A等。

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