顆粒在線訊：自然界中，許多生物通過進化，不斷增強自身適應(yīng)環(huán)境的能力，從而利用協(xié)同的形狀變形、顏色變化和運動，擁有在不同環(huán)境中交流、偽裝等能力?？茖W(xué)家嘗試設(shè)計智能人工材料（特別是具有類生物組織性能的軟濕聚合物凝膠）來復(fù)制多功能協(xié)同行為，這將有利于理解自然的多功能協(xié)同行為，并可整合和升級受生物啟發(fā)的多功能機器人。然而，實現(xiàn)高等生物的三功能協(xié)同或多功能協(xié)同，如復(fù)雜的協(xié)同形狀變形、顏色變化和運動，卻頗具挑戰(zhàn)性。

　　近年來，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所智能高分子材料課題組研究員陳濤與路偉，致力于智能熒光高分子水凝膠研究（ACS Nano 2021, 6, 10415；Cell Reports Physical Science 2021, 2, 100417；Aggregate 2021, 1, e37；Advanced Intelligent Systems 2021, 2000239；Angewandte Chemie International Edition 2021, 60, 8608；Angewandte Chemie International Edition 2021, 60,3640；Angewandte Chemie International Edition 2019, 58, 16243；Advanced Functional Materials 2019, 29, 1905514；Advanced Functional Materials 2018, 28, 1704568等）近日，科研人員受到自然界生物在不同環(huán)境中交流、偽裝等能力的啟發(fā)（例如，章魚可通過改變形狀和顏色偽裝成珊瑚，當(dāng)有威脅感知時，章魚能從體管噴出水流，噴射的水力強勁，從而迅速向反方向移動逃跑，同時改變形狀和皮膚顏色，融入周圍環(huán)境），提出了新型多功能協(xié)同柔性機器人的制備策略。

　　科研人員提出利用具有可旋轉(zhuǎn)表面基團的疏水碳點，制備出具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光功能的聚丙烯酰胺/丙烯酸/碳點凝膠，并將凝膠與彈性體界面結(jié)合，設(shè)計出具有非對稱結(jié)構(gòu)的溶劑響應(yīng)型雙層柔性驅(qū)動器。在該設(shè)計中，乙二醇雙層柔性驅(qū)動器在水中會自發(fā)進行溶劑交換，導(dǎo)致凝膠的顏色從分散態(tài)藍(lán)光轉(zhuǎn)變?yōu)榫奂瘧B(tài)紅光；利用雙層驅(qū)動器兩側(cè)溶脹差異，可實現(xiàn)不對稱彎曲形變。研究人員進一步將制備的雙層柔性驅(qū)動器與單層凝膠推動器相連接，構(gòu)建出具有類似章魚的仿生柔性游泳機器人。該機器人可以協(xié)同形狀/顏色變化，并可通過溶劑替換過程產(chǎn)生的表面張力梯度實現(xiàn)自主運動。該研究為開發(fā)先進的多功能仿生智能柔性機器人提供了良好的策略。

　　相關(guān)研究成果以Aggregation Induced Emissive Carbon Dots Gels for Octopus-Inspired Shape/Color Synergistically Adjustable Actuator為題，發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中德合作國際交流項目、中科院前沿科學(xué)重點研究計劃、中科院青年創(chuàng)新促進會和王寬誠教育基金等的支持。

圖1 章魚遇險時通過噴水迅速向反方向移動逃跑，同時改變它們的形狀和皮膚顏色，以便于融入周圍環(huán)境

圖2 基于聚集誘導(dǎo)發(fā)光的聚丙烯酰胺/丙烯酸/碳點凝膠的刺激響應(yīng)性熒光色變化

圖3 該凝膠在圖案化信息的寫入和擦除領(lǐng)域的應(yīng)用展示

圖4 非對稱結(jié)構(gòu)的溶劑響應(yīng)型雙層柔性驅(qū)動器在溶劑交互刺激下的協(xié)同變形變色行為

圖5 基于聚集誘導(dǎo)發(fā)光的聚丙烯酰胺/丙烯酸/碳點凝膠及其驅(qū)動器的仿生章魚在溶劑交互刺激下的協(xié)同變形變色運動行為