设想一下，一个人站在地面上操控一架无人机，通过激光束传输能量，省去了笨重的机载电池。
这是科罗拉多大学博尔德分校海沃德研究小组科学家的愿景。
在一项新研究中，化学与生物工程系的研究人员开发了一种新型弹性光电材料，能够将光能转化为机械能，无需热量或电力，为节能、无线和远程控制系统提供了创新的可能性。这种材料在机器人、航空航天和生物医学设备等多个行业展现出广泛的潜力。
瑞安·海沃德教授表示：“可以说，我们省去了中间环节，直接将光能转化为机械变形。”
海沃德及其团队在7月27日于《自然材料》杂志上发表的报告中详细描述了这种新材料。
这种材料由微小的有机晶体构成，当暴露在光线下时，这些晶体会开始弯曲并抬起物体。研究表明，这些光电材料为有线致动器提供了一个极具前景的替代方案，具备无线控制或驱动机器人和车辆的潜力。此外，提升光能到功率的直接转换效率，有望避免复杂的热管理系统和沉重的电子元件。
这项研究与以往的尝试形成鲜明对比，后者涉及精细的结晶固体，通过光化学反应改变形状，但在光照下常常会破裂，难以加工成有用的驱动器。
“令人振奋的是，这些新型执行器的性能远超以往。它们反应迅速，持久耐用，能够举起重物。”
海沃德实验室的创新方法是在聚合物材料中使用微小的有机晶体阵列，这种材料因其小孔而类似于海绵。当晶体在聚合物微米级孔隙中生长时，其耐久性和能量产量显著提升。它们的灵活性和易于成型使其具有广泛的应用前景。
晶体的排列方向使其在光照下能够执行任务，例如弯曲或抬起物体。当材料随着负载变化而改变形状时，便如同电机或执行器一般，移动负载。晶体能够移动比自身大得多的物体。例如，如上图所示，0.02毫克的晶体条成功举起了一个20毫克的尼龙球，举起了自身质量的1万倍。
科罗拉多大学博尔德分校的研究团队还包括主要作者徐文文，海沃德小组的前博士后研究员（现任四川大学匹兹堡研究所）和海沃德的研究生周汉涛（现任西部数据）。这项工作还得到了加州大学河滨分校和斯坦福大学的合作者的支持。
展望未来，该团队的目标是提升对材料运动的控制。目前，材料只能通过弯曲和不弯曲的方式从平面状态转变为弯曲状态。他们的目标还包括提高效率，最大化输出的机械能与输入的光能的比率。
“在这些材料能够真正与现有的执行器竞争之前，我们还有很长的路要走，尤其是在效率方面，”海沃德说。“但这项研究是朝着正确方向迈出的重要一步，为我们在未来几年如何实现这一目标提供了路线图。”
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