1656
2021-08-04
顆粒在線訊：自然界中，許多生物通過(guò)進(jìn)化，不斷增強(qiáng)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(yùn)動(dòng)，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(jì)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(lái)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(jí)受生物啟發(fā)的多功能機(jī)器人。然而，實(shí)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(yùn)動(dòng)，卻頗具挑戰(zhàn)性。
近年來(lái)，中國(guó)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(yú)可通過(guò)改變形狀和顏色偽裝成珊瑚，當(dāng)有威脅感知時(shí)，章魚(yú)能從體管噴出水流，噴射的水力強(qiáng)勁，從而迅速向反方向移動(dòng)逃跑，同時(shí)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(jī)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(tuán)的疏水碳點(diǎn)，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(diǎn)凝膠，并將凝膠與彈性體界面結(jié)合，設(shè)計(jì)出具有非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的溶劑響應(yīng)型雙層柔性驅(qū)動(dòng)器。在該設(shè)計(jì)中，乙二醇雙層柔性驅(qū)動(dòng)器在水中會(huì)自發(fā)進(jìn)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(dòng)器兩側(cè)溶脹差異，可實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱彎曲形變。研究人員進(jìn)一步將制備的雙層柔性驅(qū)動(dòng)器與單層凝膠推動(dòng)器相連接，構(gòu)建出具有類似章魚(yú)的仿生柔性游泳機(jī)器人。該機(jī)器人可以協(xié)同形狀/顏色變化，并可通過(guò)溶劑替換過(guò)程產(chǎn)生的表面張力梯度實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)。該研究為開(kāi)發(fā)先進(jìn)的多功能仿生智能柔性機(jī)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(guó)家自然科學(xué)基金、中德合作國(guó)際交流項(xiàng)目、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)和王寬誠(chéng)教育基金等的支持。
圖1 章魚(yú)遇險(xiǎn)時(shí)通過(guò)噴水迅速向反方向移動(dòng)逃跑，同時(shí)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(diǎn)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(xiě)入和擦除領(lǐng)域的應(yīng)用展示
圖4 非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的溶劑響應(yīng)型雙層柔性驅(qū)動(dòng)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(diǎn)凝膠及其驅(qū)動(dòng)器的仿生章魚(yú)在溶劑交互刺激下的協(xié)同變形變色運(yùn)動(dòng)行為
版權(quán)與免責(zé)聲明：
（1） 凡本網(wǎng)注明"來(lái)源：顆粒在線"的所有作品，版權(quán)均屬于顆粒在線，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已獲本網(wǎng)授權(quán)的作品，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明"來(lái)源：顆粒在線"。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究相關(guān)法律責(zé)任。
（2）本網(wǎng)凡注明"來(lái)源：xxx（非顆粒在線）"的作品，均轉(zhuǎn)載自其它媒體，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，且不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)下載使用，必須保留本網(wǎng)注明的"稿件來(lái)源"，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
（3）如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問(wèn)題，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
