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受捕蠅草對飛蟲觸碰刺激響應啟發(fā) 科研人員讓水凝膠做到“條件反射”

2022-10-13 08:43:30 來源：科技日報

從中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所獲悉，該所智能高分子材料團隊陳濤研究員受捕蠅草對飛蟲的觸碰刺激響應啟發(fā)，在傳統(tǒng)水凝膠中引入過飽和的鹽溶液，開發(fā)了一種對觸碰刺激具有多功能響應的新型智能高分子水凝膠，并探索了其在智能軟體驅(qū)動器上的驅(qū)動感知一體化應用。

對于飛蟲的觸碰刺激，捕蠅草可以快速形成電信號響應，從而驅(qū)動捕蟲夾閉合。在光、熱、磁、電、化學物質(zhì)等外部環(huán)境的刺激下，高分子水凝膠也會產(chǎn)生相應的變化。刺激響應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，通過化學修飾、功能復合、特異性結(jié)構(gòu)設計等策略，在藥物控釋、光學器件、柔性傳感與軟體驅(qū)動等領(lǐng)域展現(xiàn)出應用潛力。其中，軟驅(qū)動器是以軟材料為基礎構(gòu)建的新型驅(qū)動裝置，具有與章魚等軟體生物類似的柔性驅(qū)動模式，是未來智能軟體機器人發(fā)展的重要基礎。

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

據(jù)介紹，過飽和鹽溶液的結(jié)晶過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，而溫度的提高又會導致材料電阻性質(zhì)發(fā)生顯著改變，使該智能水凝膠同時具有觸碰刺激—放熱響應與觸碰刺激—電信號響應功能。借助溫度探測設備和電流監(jiān)測設備就可同時觀測到該材料在觸碰刺激下的放熱響應行為和電信號響應行為。

研究團隊仿造捕蠅草的“觸碰刺激—電信號—驅(qū)動信號”的級聯(lián)響應機制成功設計了“觸碰刺激—熱信號—驅(qū)動信號”級聯(lián)響應模式，最終實現(xiàn)智能高分子水凝膠軟驅(qū)動器的觸碰刺激—驅(qū)動響應。

“有趣的是，智能高分子水凝膠的觸碰刺激—電信號響應行為賦予了該智能軟驅(qū)動器額外的觸碰感知功能，實現(xiàn)了該智能軟驅(qū)動器的感知驅(qū)動一體化功能集成。”該團隊科研人員表示，這種觸碰響應后的高分子水凝膠可以通過加熱—冷卻過程恢復過飽和狀態(tài)，實現(xiàn)材料的結(jié)構(gòu)與功能“再生”，為下一代智能軟體機器人的研究提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所智能高分子材料團隊高分子水凝膠