近日，復旦大學材料科學系教授梅永豐課題組原創(chuàng)性地合成了一種具有動態(tài)疏水特征的新型水凝膠智能材料。該水凝膠在水面上可自驅(qū)動運動，無需額外能量供給;飽和吸水后該活性水凝膠即停止運動，干燥處理可恢復活力，再次實現(xiàn)自驅(qū)動快速水面運動。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《科學—機器人學》。
水凝膠是一類具有親水基團的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)聚合物智能材料，在水中可以迅速溶脹并在溶脹狀態(tài)可以保持大量體積的水而不溶解。由于水凝膠具有良好的生物相容性和生物系統(tǒng)的相似性，被廣泛用于傷口敷料、隱形眼鏡等日常生活以及組織工程、軟機器人等前沿研究。然而，由于水凝膠富含親水基團，在本征上表現(xiàn)為親水特性，一般不疏水，因此基本不存在具有疏水特征的純水凝膠材料。
“水黽是水生半翅目類昆蟲，喜棲息于靜水面或溪流緩流水面上。研究人員探索發(fā)現(xiàn)水凝膠運動機理和自然界的水黽在水面的運動存在共通之處，都通過表面張力的差異驅(qū)動自身在水面運動，并且運動速率的變化規(guī)律也非常一致。”論文通訊作者梅永豐告訴《中國科學報》，通過設(shè)計活性水凝膠材料的形狀、材料分布的非對稱性和周邊環(huán)境的表面親疏水性，研究人員控制該活性水凝膠材料進行各種可控軌跡和定向的運動，例如模擬球類運動和走出迷宮運動等。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，通過引入新的刺激響應性化學組分，活性水凝膠可以在自驅(qū)動運動期間同步實現(xiàn)變形，從而智能化地改變相應的運動軌跡。例如通過變形暴露不同潤濕特性的側(cè)邊，實現(xiàn)類似于自然界水黽的爬岸動作。
同時，該研究團隊發(fā)明了一種可動態(tài)調(diào)節(jié)潤濕特性的水凝膠材料，賦予其新的“活性”運動特征，展現(xiàn)了一種新穎的致動模式和運動行為。
梅永豐表示，這項成果為柔性軟機器人的設(shè)計和研究提供了新的材料選擇，豐富了水凝膠材料的種類，從而可為其在藥物緩釋、組織工程等重要領(lǐng)域的應用提供新的路徑。(黃辛)
關(guān)鍵詞： 仿生水黽自驅(qū)動智能材料
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