在智能化迅速发展的今天,随着外界条件改变引发机械形变的智能微机械器件备受国内外研究学者的关注。传统的微机械系统特指机电一体化,用于执行、转动等部件以完成指定的动作。随着材料学和器件制造方法的快速发展,基于新型材料的智能响应微机械器件应运而生,特别是如聚合物,石墨烯等柔性材料在制备智能器件方面具有自身独特的优势。它们易于加工成型,具有良好的柔韧性,可以操控的方式更加多样,使其在微型驱动方面应用更加灵活。然而目前国内外大多数研究工作局限于对智能器件的操控方式单一,且所获得的驱动器件往往只能完成某一特定的动作,在多功能应用方面受到制约。为了解决这一问题,本论文着眼于石墨烯材料,通过添加具有不同响应特性的纳米粒子,结合激光局部改性的方法,实现了多场耦合操控器件完成复杂运动,取得的主要成果如下:(1)等离子体辅助石墨烯光控机器人:将石墨烯氧化物与金纳米棒材料进行复合,提升复合材料的光热转化效率,降低驱动阈值,同时通过改变金纳米棒的长径比实现器件波长选择性的连续调控。利用激光局部还原石墨烯氧化物的方法,制备光热关节图案,进一步调控关节部位复合材料的光吸收与热传导特性,形成“关节”部位原位集成,实现了类似肌肉牵拉作用的关节弯曲效果。由此设计制造了仿生蜘蛛、捕蝇草、仿生手部关节等概念机器人,并通过光控实验验证了对其的可控驱动。(2)磁场与光场耦合操控的多向爬行机器人:将石墨烯材料与超顺磁性四氧化三铁纳米粒子复合,制备石墨烯磁性复合智能薄膜,由此制造了磁场与光场耦合操控的多向爬行机器人。利用外界磁场强度及方向变化实现机器人的重心定位;依靠材料自身光响形变实现驱动爬行,通过磁场、光场的耦合操控实现仿生螃蟹机器人的爬行路径规划。(3)光、湿、磁三场耦合操控的多模式运动机器人:石墨烯氧化物材料具有湿度响应特性,结合光热脱湿效应,材料可以在光场、湿度耦合的条件下进行双向驱动。再将石墨烯氧化物材料中加入磁性纳米粒子,便可以实现光、湿、磁三场耦合操控。为实现石墨烯磁性复合薄膜的多场耦合驱动,我们采用一种磁场辅助纳米材料梯度组装的材料智能化制备新方法,依靠材料特性梯度实现复合材料的多场耦合操控。具体包括石墨烯氧化物的湿度响应膨胀、光响应脱附收缩及磁响应定位。避免了双层、多层刺激响应材料层间黏附性差的问题。所制备的机器人具备平动、转动、复杂形变等多种驱动模式,可实现定向运动、抓取释放和旋转等多种功能,该机器人可以非接触式远程操控,实现特殊环境下(密闭空间、水面上)对目标物体的运输。(4)光、湿度、表面张力耦合操控的仿生水黾运动:通过对水黾独特的水面行走能力进行观察分析,归纳了水黾运动的三重特性:身轻、腿部疏水、划水运动。针对水黾水上运动模型,制备了超疏水涂层修饰的金属水黾腿和等离子体辅助的光响应石墨烯氧化物驱动骨架,通过组装制作了光、湿度、表面张力耦合操控的水面运动机器人。