中科院理化所供图
刺激响应性驱动器是一种将情况变革的能量转换成机械动能的安装，用于控造差遣物体停止各类预定动做。其在柔性机器人、传感器、能量转换等范畴展现出普遍的潜在应用，因而遭到了人们的普遍存眷。
在那方面，我们需要向大天然进修——大天然颠末数亿年的进化，已孕育出许多具有奇特的响应性运动特点的动物或组织。好比，捕蝇草和含羞草在遭到触碰时会快速闭合叶子来捕食虫豸或遁藏捕食者；茅膏菜通过变形包裹住捕获到的虫豸以进一步消化；新生草在干旱前提下蜷缩包裹本身以削减水分丧失；跳舞草会跟着音乐舞动等。其实，一些凋亡的动物组织也具有响应性运动的特点，其次要依靠奇特构造和构成实现对情况的响应，如松塔的鳞片、蒲公英的冠毛、豆荚、麦芒、冰叶日中花的种皮等。那些动物原型为人工驱动器的设想和造备供给了灵感和物理模子，是修建新型功用性人工驱动器的有效路子。
对动物原型的理解是一个较为漫长的过程，且随研究视角和科技的前进而逐步深切。松塔是更具代表性的动物原型之一，相关研究也已持续了一个多世纪。过去一个多世纪的研究工做次要集中在松塔的运动机造摸索，即为什么会动，但对松塔的运动过程和特点缺乏存眷。其实，松子需要在较持久的枯燥情况中才能够被传布到远离母树的处所停止繁衍，因而松塔鳞片运动的速度是很慢的，以确保在其得当的时机张开。松塔的那种湿度响应的运动机造不断被归因于鳞片外层的“肉”（石细胞）和内层的“筋”（维牵制）上纳米纤维摆列标的目的差别形成的吸湿膨胀差别，但目前的机造其实不能解释其运动特点，而且无法解释其内层维牵制可以独立运动的原因。松塔的超慢湿度响应机造目前仍然是不清晰的，探究其背后的机理将会为构建新型超慢运动驱动器供给新的思绪。
带着那些疑问，科研人员从头审视了松塔的吸湿运动，对其运动过程和微不雅构造停止深切详细地察看，并对其机理停止了详尽研究，最末提醒了松塔超慢运动的原理，完美了对松塔运动的传统认知。
研究发现，比拟于其他运动型动物组织，松塔鳞片展现出最慢的运动速度，且连结大的形变量。将鳞片剖解后别离察看发现，内层的维牵制具有快的运动速度和大的形变量，而外层的石细胞组织吸水量大、保水性好、运动速度慢且形变量小。比照得出，松塔鳞片的慢速运动是由维牵制驱动的，而保水性好的石细胞组织减缓其运动。
通过对维牵制的微不雅构造进一步察看发现，维牵制是由平行摆列的弹簧状微管和方形微管构成。那两种微管构成了典型的异量构造，此中，弹簧状微管聚集在鳞片外侧标的目的，方形微管散布在鳞片内侧标的目的。原位动态阐发显示，弹簧状微管展现出更明显的吸湿伸长行为，使得在情况湿度升高时维牵制向方形微管一侧弯曲。
受此启发，研究人员操纵双组份3D打印手艺造备了由弹簧状管和方形管构成的异量构造的根本单位，并在管中填充吸湿聚合物，以模拟鳞片中的“肉”来增大吸湿途径，胜利造备了具有类似松塔吸湿运动的超慢运动的人工驱动安装，其运动速度比已报导的湿度响应驱动器低两个数量级，整个运动过程难以察觉。那种具有极慢动做的驱动安装有可能为假装和侦查设备的构建供给新的思绪。
向大天然进修是人类文明前进的重要路子，在大天然中有所发现，在认知过程中有所创造，在应用中有所缔造，我们才气有所前进。
（做者：杨曼，系中国科学院理化手艺研究所博士后）
（光亮日报）
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