[顶刊速览——《Light》]南京大学陆延青、马玲玲、王瑜团队一体化光学交互软体机器人

最近南京大学陆延青、马玲玲、王瑜科研团队，在光学领域顶刊《Light: Science & Applications》发表重磅研究，成功研发出一体化光学交互软体机器人，创新突破传统软体机器人的控制技术瓶颈，为柔性智能装备发展提供了全新思路。

相关研究成果以 “All-in-one optically interactive soft robots with embedded liquid crystal holography” 为题发表于国际顶尖光学期刊《Light: Science & Applications》。论文通讯作者为南京大学陆延青教授、王瑜教授和马玲玲特聘研究员，论文第一作者为南京大学博士生张子宸，魏阳博士和博士生王泽宇为共同一作。

研究背景：

软体机器人技术正推动机器人领域发生深刻变革。这类机器人凭借其内在的多自由度控制能力，能够实现复杂的三维形变和多种运动模式，具备执行多样化、高难度任务的潜力。

不过，当前软体机器人在实际应用中仍面临一个关键瓶颈：其任务指令的生成与解析，大多仍然依赖外部硬件控制系统或人类操作者直接判断。机器人自身不具备信息存储和主动传输的能力，无法反向向操作者提供明确的执行指引——也就是说，无法告诉操作者“需要做什么”以及“该如何做”。

这种局限性，严重限制了软体机器人在复杂环境中的任务适应能力和操作可靠性。因此，构建一种具备嵌入式信息管理功能、并能主动引导操作者的全软体机器人系统，已成为提升其交互性和自主性的关键突破口。

创新点：

研究的核心在于，突破了传统软体机器人依赖外部硬件或人工指令的局限，首次将液晶计算全息术嵌入机器人本体，打造了一个集信息存储、加密、显示与执行于一体的“光学交互软体机器人系统”。

1.理念创新：研究团队利用液晶聚合物全息技术，在薄膜中刻入预设的全息图案。这相当于为机器人植入了“记忆”，使其能通过激光投影直接向操作者“展示”任务指令（如抓取特定形状物体），实现了机器人本体作为信息源的反向引导。

2.材料创新：团队巧妙地结合了两种材料：液晶聚合物（对激光有光热响应，用于全息编码和光驱驱动）和丝素蛋白（对湿度敏感，形态可塑）。这种组合让同一个驱动器（双层薄膜）能对“光”和“湿度”两种不同的环境信号作出不同的弯曲动作，实现了单一结构的多样化控制，并且丝素蛋白的“塑形”特性还能让机器人在不持续供能的情况下保持姿态。

3.应用创新：

智能抓取：在全软体抓手底座嵌入全息图案，激光照射后会投影出不同图形（如方块、圆形），操作者只需“所见即所得”地按照投影图形操作，即可引导机器人抓取对应形状的物体。

加密行走：为迷宫机器人设计了一套“四级加密”指令系统。操作者需要依次完成“湿度开盖-读取全息图案-激发彩色荧光-按正确序列解码”四个步骤，才能获得正确的移动指令。这展示了机器人在安全敏感场景下的信息加密与自主引导能力。

此次研究成功构建了一体化光学交互系统，证明全软体机器人可摆脱对电子芯片与复杂编程的依赖，仅需一束激光即可实现从信息存储、加密、显示到驱动执行的全链条闭环操作。通过嵌入全息薄膜和荧光材料，机器人本体具备了主动向操作者提供任务指引的能力，解决了传统软体机器人只能被动接受指令而无法反向引导的核心问题。此外，该系统仅用普通激光笔即可驱动，验证了低成本、高潜力的技术路径，为软体机器人在医疗微创手术、极端环境探索及军事加密通信等领域的应用开辟了新方向。

图文速览

图1：集成信息编码、加密、显示与执行功能的光学交互软体机器人系统设计。液晶-丝素蛋白复合材料通过协同作用，将多自由度驱动与集成信息处理能力融为一体。

图2：用于物体分类的光学交互智能抓手。(a)通过全息反馈实现精准按需抓取与分类；(b) 对应设计任务的液晶指向矢分布、偏光显微镜织构及全息图像；(c) 无光照射时抓手处于闭合状态（左），光照下处于绽放状态（右）；(d) 使用智能抓手完成定位、抓取、转移与释放的全过程。

图3：用于迷宫逃脱的层级加密光学交互行走机器人。(a)分层设计示意图，包括加密模块、全息模块与驱动模块；(b) 依据四条解密指令信息完成迷宫逃脱过程示意图；(c) 湿度刺激下花朵结构从闭合到开放的状态转变；(d) 利用超连续激光提取四条全息指令；(e)不同读取顺序对应的行走轨迹与逃脱结果；(f) 由 488 nm 激光驱动的行走机器人运动过程；(g) 单条腿沿 x 轴方向的横向位移随激光照射次数的关系；(h) 激光持续开/关操作下四个移动方向对应的运动轨迹；(i)实现迷宫逃脱的实际照片。