华东理工大学《亚博体育YABO亚博官方网站》:化学能驱动的仿生自复位水凝胶致动器
2022-10-14 来源:高分子科技
自然界中广泛存在着能够自主运动的生物,这些独特的自主运动能力赋予生物体更好的环境适应能力。例如,捕蝇草的叶片在外界刺激下能够自主地闭合进行捕食,并在捕食后重新舒展至初始状态;含羞草在受到触碰时,叶片及叶柄收缩下垂,随后可自发地恢复到初始的舒张状态。这些生物体的运动往往是依托于化学能驱动的非平衡态化学反应网络实现的,例如,肌肉通过消耗高能化学物质三磷酸腺苷(ATP)进行收缩,并产生废弃物二磷酸腺苷(ADP),在ATP消耗殆尽后,将自发地舒张恢复到原始的松弛状态。受生物运动的启发,在合成系统中构筑软体驱动器成为当下活材料领域的研究热点。其中,水凝胶因其与生物组织高度相似的特点成为构筑软体驱动器的关键材料。然而,目前大多数基于水凝胶的软体驱动器是通过外界刺激信号的人为调控以实现在不同热力学平衡状态之间切换的驱动方式,这种驱动方式所表现出的自主运动能力相对于生物系统而言仍然十分有限。
图1. 化学能驱动自复位水凝胶致动器设计理念
图2. 化学能对水凝胶致动器形变程度、驱动持续时间和循环驱动性的影响
图3. 化学能驱动的自复位软体机器人
全文链接:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c13368
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