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8月28日，发表于Science的一项新研究报道了一种基于空化效应（Cavitation）的高效、爆发式驱动新机制，并成功展示了其在微型跳跃与游泳机器人以及多种仿生应用中的卓越性能。
空化通常指液体在低压或高温区域产生蒸汽泡的现象，气泡在溃灭瞬间可释放巨大能量。传统上空化被视为具有破坏性的过程，但本研究通过精确调控，将其转化为一种高效的动力来源，用于驱动微型执行器与机器人系统。
研究团队的核心创新在于结合多尺度实验与模拟，系统阐明了光控空化的三步耦合机制：首先，TiC纳米颗粒在808 nm激光照射下发生局域表面等离子体共振，光热转换效率高达84.47%，可在微秒级时间内将界面温度提升至303.1°C；其次，采用Gilmore模型描述气泡动态演化，发现其收缩阶段速度可达571 m/s，溃灭时间仅为8.4 μs，揭示了微秒尺度的能量释放机制；最后，通过VOF多相流数值模拟再现了高速射流（峰值压力10.2 MPa）的生成过程，明确了能量从微观气泡溃灭到宏观机械运动的传递路径。
研究表明，这种高能而不稳定的气泡在剧烈溃灭过程中可产生强大的功率和力脉冲，从而驱动载体运动。实验证实，一个毫米尺度（1mm×1mm×0.2mm，质量0.778mg）的TiO2-PPy-TiC复合材料器件，在808 nm近红外激光（0.357 kW/cm2）照射下，可被空化射流加速至12 m/s的峰值速度，加速度高达7.14×104 m/s2，跳跃高度达1.5米，能量转换效率为0.64%。该器件还可实现水面游泳，速度达12 cm/s。
该驱动策略展现出优异的通用性与可控性：
1. 刺激方式多样：空化不仅可通过光热效应（激光）触发，也可借助电火花（可驱动非光热材料如PTFE跳跃0.93m）或超声波实现。
2. 环境适应性强：器件可在水下、液面或湿润固体表面成功启动。
3. 方向可控：通过调节激光在器件上的照射位置，可精确控制跳跃角度与方向（最远水平距离达1.26m），实现三维空间中的定向发射。
4. 材料普适性强：除TiO2-PPy-TiC复合物外，蜡烛烟灰、碳点、石墨等纯黑色材料同样可被有效驱动。
基于该机制，研究团队开发了多种应用演示系统：
游泳机器人：通过激光扫描控制，实现了器件在水面的高速（约12 cm/s）、可导向运动，能够完成复杂迷宫导航与高精度形状匹配装配任务。
生物启发应用：
播种：利用空化成功发射醋酱草种子（距离>0.7m），发射后种子发芽率未受影响，显示出其对脆弱生物材料的安全输送潜力。
抓取：受变色龙舌头启发，研制出微尺度粘性抓取器，可通过发射执行货物检索任务。
射流：模仿射水鱼机制，构建了空化动力射流系统，可产生初速约1.8 m/s的连续水射流，有望应用于无针药物注射等领域。
该研究突破了传统弹性驱动与相变驱动在能量密度与释放速率方面的限制，为空化效应的有益利用提供了新途径。这种具有高性能、多刺激响应和强环境适应性的驱动策略，在微型机器人、精密操作、靶向输送与无针注射等领域展示出广阔的应用前景。
