自然材料机器人软物质在被光照射时

材料科学家开发出了一系列模仿生物的柔软材料，当受到光的撞击时，薄膜状的材料会活跃起来，执行弯曲、旋转甚至在表面上爬行。这些材料被称为“机器人软物质”，无需复杂的硬件、液压或电力即可动作。研究人员认为，这样的栩栩如生的材料可以完成许多任务，并在能源、环境修复和高级医学方面具有潜在的应用前景。负责实验研究的西北大学材料科学的塞缪尔·斯图普教授说：“我们生活在一个时代，在这个时代，不断开发出越来越智能的设备来帮助我们管理日常生活。”“下一个前沿领域是新科学材料的发展，它将通过设计惰性材料（inertmaterials）来获取生物的能力，从而使惰性材料为我们带来生命。”如图所示“杂合聚合物”材料在暴露光线与黑暗交替的事件驱动下爬行。尽管移动的材料看起来很神奇，但复杂的科学正在发挥作用。它的结构包括将水分子从材料中排出的纳米级肽组件。研究人员将肽阵列连接到旨在对蓝光产生化学反应的聚合物网络。当光照射到材料上时，网络会从吸引水的亲水性化学转变为抗水性。当材料通过其肽“管”将水排出时，它会收缩并变为如生命体质。当灯熄灭时，水会重新进入材料，该材料在恢复为亲水性结构时会膨胀。这让人联想到肌肉的可逆收缩，这激发了研究团队设计新材料。斯托普教授说：“从生物系统中，我们了解到肌肉的魔力是建立在小蛋白质组装体与膨胀和收缩的巨型蛋白质聚合物之间的联系上的。”“肌肉使用化学燃料而不是光来产生机械能。”如动画所示宏观的“混合键合聚合物”物体在从顶部照射蓝光时会弯曲。对于这样的生物启发材料，局部光可以触发定向运动。换句话说，取决于光所处的位置，弯曲可以在不同的方向上发生。并且改变光的方向还可以迫使对象在其在表面上爬行时转向。研究团队相信，这种新型材料家族有无限的可能应用。由于具有设计成不同形状的能力，这些材料可以在从环境清洁到脑部手术等各种任务中发挥作用。斯图普教授指出：“这些材料可以增强拾起易碎物体然后将它们释放到精确位置所需的软机器人功能。”“例如，在医学中，具有“生命”特征的软材料可能弯曲或改变形状，以在中风后恢复大脑中的血凝块，它们还可以游动以清洗干净的水或海水，甚至承担修复电池缺陷、隔膜和化学反应器。”这项研究成果论文发表在今天的《自然材料》杂志上。参考：Supramolecular–covalenthybridpolymersforlight-activatedmechanicalactuation,NatureMaterials,Published:22June.