在微型机器人技术的研究中，实现高效、强大的脉冲发射机制是一个复杂的挑战。自然界中的弹射现象，如真菌释放孢子或昆虫捕猎，展示了如何在保持稳定状态的同时进行高速发射。若将这种弹射功能应用于毫米至厘米级的微型机器人，将能够在狭小空间内进行高效的远程非接触操作，特别是在医疗场景中如抓取、夹持、切割、活检和支架放置等方面具有巨大的应用潜力。目前，多数发射机制依赖于“弹簧-闩锁”原理，通过弹性结构储存并快速释放能量。然而，这种基于刚性材料的方案面临小型化困难、集成复杂及在生物医学应用中的安全性问题；尽管采用液晶弹性体等软材料的方法可以通过光控制实现发射，但其能量储存能力和释放速度存在限制，导致能量转换效率较低，难以满足实际应用需要。

为了解决这些难题，香港中文大学的张立教授、澳门大学的徐青松教授、中国科学院深圳先进技术研究院的徐天添研究员，以及浙江大学的潘程枫研究员合作开发了一种创新的动态耦合发射策略。这种策略不单纯依托材料或机制的改善，而是通过相位变化导致的快速变形以及发射物和基础之间的动态交互，成功实现了高效动量的生成与传递。相关研究成果以“Dynamic coupling enables impulsive ejection in a hydrogel catapult”为题，发表在《自然·通讯》期刊。

研究小组设计了一种双层水凝胶发射器，上层为掺有石墨烯的聚丙烯酸-丙烯酰胺共聚物水凝胶，下层则为透明水凝胶约束层。发射物置于上层表面，当近红外光从下方照射时，透明下层允许光线通过并被上层的石墨烯吸收，产生光热效应，使温度在2秒内迅速升高至120℃以上，诱导水凝胶内的水发生液-气相变。此相变过程在1.6毫秒内完成，迅速推动上层的形变，将动量传递给发射物。实验显示，该发射器能够将与自身重量（200毫克）相当的物体垂直发射至6.15米，起飞速度达到16.6米/秒，起飞加速度达到1.04×10^4米/秒²。令人惊讶的是，它能够发射从轻质粉末到重达10克的物体，甚至可以推倒200克的重物，其功率密度超过8.74×10^4瓦/千克，超越大多数微型发射系统。 球友会

研究团队还对影响弹射性能的关键因素进行了深入分析，探讨了动态耦合的重要性。底部的刚性材料极为关键，相较于柔性底材和无底的状态，刚性底材显著提高了发射器的形变和动量传递效率。此外，水凝胶与底层之间的附着力也至关重要，通过在二者间引入水作为润滑剂，可以明显提升发射高度。根据研究，不同重量的发射物对弹射性能的影响呈现非线性关系，最佳的发射物质量约为发射器自重的1至2倍。