研究人員利用微小的有機晶體開發出了一種新型材料，這種材料能將光轉化為巨大的機械力，能夠提升自身質量的10000 倍。這種光機械材料不需要熱量或電力，有朝一日可以驅動無線遙控系統，為機器人和車輛提供動力。

光機械材料旨在將光直接轉化為機械力。它們是光化學、聚合物化學、物理學、力學、光學和工程學之間複雜相互作用的結果。光機械致動器是機器中幫助實現物理運動的部分，由於只需操縱光照條件就能實現外部控制，因此越來越受到人們的青睞。

科羅拉多大學博爾德分校的研究人員在光機械材料的開發方面又邁出了新的一步，他們創造出了一種微小的有機晶體陣列，可以彎曲和提升比自身重得多的物體。

該研究的通訊作者萊恩-海沃德（Ryan Hayward）說：”可以說，我們省去了中間環節，把光能直接轉化為機械變形。”

光化學材料面臨的一個問題是如何利用分子水平的運動來產生大規模的機械響應，這通常需要將反應分子組織起來，使它們都向同一方向推動。要做到這一點，通常需要使用有序的宿主材料，如液晶聚合物，或將分子有序地自組裝成晶體。

研究人員希望避免以往使用結晶固體的光機械材料在光化學反應下改變形狀時出現的問題：這些結晶固體在暴露在光線下時往往會開裂，而且很難加工成有用的致動器。因此，他們將微小的有機二聯蒽衍生晶體陣列作為光活性成分，並將其鑲嵌在具有微米級孔隙的聚合物材料（聚對苯二甲酸乙二醇酯，PET）中。

隨著晶體在孔隙中生長，它們在光照下的耐久性和能量產生都得到了顯著提高。此外，將光機械晶體限制在孔隙內還能防止它們在光照射時斷裂。這種複合材料可以彎曲180°，而不會斷裂或影響其光機械響應，在紫外線和可見光交替照射時，還可以進行可逆彎曲和不彎曲。這種晶體還能在不加熱或不通電的情況下將光轉換為機械功。

研究人員接著進行了舉重實驗，以了解光機械晶體的承重能力。他們發現，當晶體在負載的作用下改變形狀時，它們就會像致動器一樣移動負載。0.02 毫克的晶體陣列能夠舉起20 毫克的尼龍球，這是其自身質量的1 萬倍。

海沃德說：”令人興奮的是，這些新的致動器比我們以前使用的致動器要好得多。它們反應迅速，使用壽命長，還能舉起重物”。

研究人員說，這種光化學材料的靈活性和易塑造性使得它可以應用於一系列領域，比如取代機器人和車輛中的電線致動器，或者用激光束代替笨重的電池為無人機供電。不過，研究人員還有一些工作要做。

展望未來，他們的目標是實現對材料運動的更大控制，目前，這種材料只能通過彎曲和不彎曲來實現從平面到彎曲的狀態。他們還希望提高效率，使產生的機械能與輸入的光能相比最大化。

海沃德說：”我們還有很長的路要走，特別是在效率方面，這些材料才能真正與現有的致動器競爭。但這項研究是朝著正確方向邁出的重要一步，它為我們提供了一個路線圖，讓我們知道如何在未來幾年內實現這一目標。”

這項研究發表在《自然-材料》雜誌上。