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受捕蠅草對(duì)飛蟲(chóng)觸碰刺激響應(yīng)啟發(fā) 科研人員讓水凝膠做到“條件反射”

2022-10-13 08:43:30 來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

從中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所獲悉，該所智能高分子材料團(tuán)隊(duì)陳濤研究員受捕蠅草對(duì)飛蟲(chóng)的觸碰刺激響應(yīng)啟發(fā)，在傳統(tǒng)水凝膠中引入過(guò)飽和的鹽溶液，開(kāi)發(fā)了一種對(duì)觸碰刺激具有多功能響應(yīng)的新型智能高分子水凝膠，并探索了其在智能軟體驅(qū)動(dòng)器上的驅(qū)動(dòng)感知一體化應(yīng)用。

對(duì)于飛蟲(chóng)的觸碰刺激，捕蠅草可以快速形成電信號(hào)響應(yīng)，從而驅(qū)動(dòng)捕蟲(chóng)夾閉合。在光、熱、磁、電、化學(xué)物質(zhì)等外部環(huán)境的刺激下，高分子水凝膠也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。刺激響應(yīng)型高分子水凝膠是一類重要的智能材料，具有類生命體的軟、濕特性，通過(guò)化學(xué)修飾、功能復(fù)合、特異性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等策略，在藥物控釋、光學(xué)器件、柔性傳感與軟體驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域展現(xiàn)出應(yīng)用潛力。其中，軟驅(qū)動(dòng)器是以軟材料為基礎(chǔ)構(gòu)建的新型驅(qū)動(dòng)裝置，具有與章魚(yú)等軟體生物類似的柔性驅(qū)動(dòng)模式，是未來(lái)智能軟體機(jī)器人發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

“過(guò)飽和是使高分子水凝膠產(chǎn)生結(jié)晶的基礎(chǔ)。在水凝膠中的局部位置添加水溶液可以實(shí)現(xiàn)過(guò)飽和鹽溶液在水凝膠中的區(qū)域化分布，最終實(shí)現(xiàn)智能高分子水凝膠在觸碰刺激下的圖案化結(jié)晶。”該團(tuán)隊(duì)科研人員解釋道，這在智能信息平臺(tái)的觸碰響應(yīng)加密—解密領(lǐng)域展現(xiàn)出了一定的應(yīng)用潛力。

據(jù)介紹，過(guò)飽和鹽溶液的結(jié)晶過(guò)程還伴隨著明顯的放熱現(xiàn)象，而放出的熱量可以快速提高材料本身的溫度，而溫度的提高又會(huì)導(dǎo)致材料電阻性質(zhì)發(fā)生顯著改變，使該智能水凝膠同時(shí)具有觸碰刺激—放熱響應(yīng)與觸碰刺激—電信號(hào)響應(yīng)功能。借助溫度探測(cè)設(shè)備和電流監(jiān)測(cè)設(shè)備就可同時(shí)觀測(cè)到該材料在觸碰刺激下的放熱響應(yīng)行為和電信號(hào)響應(yīng)行為。

研究團(tuán)隊(duì)仿造捕蠅草的“觸碰刺激—電信號(hào)—驅(qū)動(dòng)信號(hào)”的級(jí)聯(lián)響應(yīng)機(jī)制成功設(shè)計(jì)了“觸碰刺激—熱信號(hào)—驅(qū)動(dòng)信號(hào)”級(jí)聯(lián)響應(yīng)模式，最終實(shí)現(xiàn)智能高分子水凝膠軟驅(qū)動(dòng)器的觸碰刺激—驅(qū)動(dòng)響應(yīng)。

“有趣的是，智能高分子水凝膠的觸碰刺激—電信號(hào)響應(yīng)行為賦予了該智能軟驅(qū)動(dòng)器額外的觸碰感知功能，實(shí)現(xiàn)了該智能軟驅(qū)動(dòng)器的感知驅(qū)動(dòng)一體化功能集成。”該團(tuán)隊(duì)科研人員表示，這種觸碰響應(yīng)后的高分子水凝膠可以通過(guò)加熱—冷卻過(guò)程恢復(fù)過(guò)飽和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)材料的結(jié)構(gòu)與功能“再生”，為下一代智能軟體機(jī)器人的研究提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：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團(tuán)隊(duì) 高分子水凝膠