科研人員受捕蠅草啓發 讓水凝膠也能做到“條件反射”

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科技日報訊 （洪恆飛 記者江耘）近日，科技日報記者從中國科學院寧波材料技術與工程研究所獲悉，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啓發，在傳統水凝膠中引入過飽和的鹽溶液，開發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，並探索了其在智能軟體驅動器上的驅動感知一體化應用。

對於飛蟲的觸碰刺激，捕蠅草可以快速形成電信號響應，從而驅動捕蟲夾閉合。在光、熱、磁、電、化學物質等外部環境的刺激下，高分子水凝膠也會產生相應的變化。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、功能複合、特異性結構設計等策略，在藥物控釋、光學器件、柔性傳感與軟體驅動等領域展現出應用潛力。其中，軟驅動器是以軟材料為基礎構建的新型驅動裝置，具有與章魚等軟體生物類似的柔性驅動模式，是未來智能軟體機器人發展的重要基礎。

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

據介紹，過飽和鹽溶液的結晶過程還伴隨着明顯的放熱現象，而放出的熱量可以快速提高材料本身的温度，而温度的提高又會導致材料電阻性質發生顯著改變，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。藉助温度探測設備和電流監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—驅動信號”的級聯響應機制成功設計了“觸碰刺激—熱信號—驅動信號”級聯響應模式，最終實現智能高分子水凝膠軟驅動器的觸碰刺激—驅動響應。

“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動器額外的觸碰感知功能，實現了該智能軟驅動器的感知驅動一體化功能集成。”該團隊科研人員表示，這種觸碰響應後的高分子水凝膠可以通過加熱—冷卻過程恢復過飽和狀態，實現材料的結構與功能“再生”，為下一代智能軟體機器人的研究提供了新的思路。