合成材料模仿生物机器人软物质在受到光击时会弯曲旋转和爬行佘诗曼
时间：2022/06/30 13:50:09 编辑：
合成材料模仿生物：“机器人软物质”在受到光击时会弯曲，旋转和爬行
西北大学的研究人员已经开发出了一系列模仿生物的柔软材料。
当被光照射时，薄膜般薄的材料会活跃起来-弯曲，旋转甚至在表面上爬行。
这些材料被称为“西北团队的机器人软物质”，无需复杂的硬件，液压或电力即可移动研究人员认为，栩栩如生的材料可以完成许多任务，并在能源，环境修复和先进医学方面具有潜在的应用前景。
“我们生活在一个时代，在这个时代中，不断开发出越来越智能的设备来帮助我们管理日常生活。”负责实验研究的西北航空公司的塞缪尔·斯图普说。“下一个前沿领域是新科学的发展，它将通过设计惰性材料来获取活生物的能力，从而使惰性材料为我们带来生命。”
这项研究将于6月22日发表在《自然材料》杂志上。
Stupp是西北大学材料科学与工程，化学，医学和生物医学工程的董事会教授，辛普森·奎里研究所所长。他曾在麦考密克工程学院，温伯格艺术与科学学院和范伯格医学学院任职。温伯格化学的Charles E.和Emma H. Morrison教授George Schatz领导了对材料逼真的行为的计算机模拟。分别来自Stupp和Schatz实验室的博士后研究员Chuang Li和研究生Aysenur Iscen是该论文的第一作者。
尽管移动的资料看起来很神奇，但复杂的科学正在发挥作用。它的结构包括纳米级肽组件，可将水分子从材料中排出。作为材料化学专家，Stupp将肽阵列与聚合物网络联系起来，该网络被设计为对蓝光具有化学反应。
当光照射到材料上时，网络会从亲水性化学转变为疏水性。当材料通过其肽“管”将水排出时，它会收缩并变为生命。当灯熄灭时，水会重新进入该材料，该材料在恢复为亲水性结构时会膨胀。
这使人想起了肌肉的可逆收缩，这启发了Stupp及其团队设计新材料。
斯托普说：“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。”
对于西北航空的生物启发材料，局部光会触发定向运动。换句话说，取决于光所处的位置，弯曲可能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。
Stupp和他的团队认为，这种新型材料家族有无限可能的应用。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。
他说：“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的功能。” “例如，在医学上，具有'活着'特征的柔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洁水源和海水，甚至承担修复伤口的缺陷。电池，隔膜和化学反应器。”