科研人员受捕蝇草启发 让水凝胶也能做到“条件反射”

  近日，科技日报记者从中国科学院宁波材料技术与工程研究所获悉，该所智能高分子材料团队陈涛研究员受捕蝇草对飞虫的触碰刺激响应启发，在传统水凝胶中引入过饱和的盐溶液，开发了一种对触碰刺激具有多功能响应的新型智能高分子水凝胶，并探索了其在智能软体驱动器上的驱动感知一体化应用。

  对于飞虫的触碰刺激，捕蝇草可以快速形成电信号响应，从而驱动捕虫夹闭合。在光、热、磁、电、化学物质等外部环境的刺激下，高分子水凝胶也会产生相应的变化。刺激响应型高分子水凝胶是一类重要的智能材料，具有类生命体的软、湿特性，通过化学修饰、功能复合、特异性结构设计等策略，在药物控释、光学器件、柔性传感与软体驱动等领域展现出应用潜力。其中，软驱动器是以软材料为基础构建的新型驱动装置，具有与章鱼等软体生物类似的柔性驱动模式，是未来智能软体机器人发展的重要基础。

  “过饱和是使高分子水凝胶产生结晶的基础。在水凝胶中的局部位置添加水溶液可以实现过饱和盐溶液在水凝胶中的区域化分布，最终实现智能高分子水凝胶在触碰刺激下的图案化结晶。”该团队科研人员解释道，这在智能信息平台的触碰响应加密—解密领域展现出了一定的应用潜力。

  据介绍，过饱和盐溶液的结晶过程还伴随着明显的放热现象，而放出的热量可以快速提高材料本身的温度，而温度的提高又会导致材料电阻性质发生显著改变，使该智能水凝胶同时具有触碰刺激—放热响应与触碰刺激—电信号响应功能。借助温度探测设备和电流监测设备就可同时观测到该材料在触碰刺激下的放热响应行为和电信号响应行为。

  研究团队仿造捕蝇草的“触碰刺激—电信号—驱动信号”的级联响应机制成功设计了“触碰刺激—热信号—驱动信号”级联响应模式，最终实现智能高分子水凝胶软驱动器的触碰刺激—驱动响应。

  “有趣的是，智能高分子水凝胶的触碰刺激—电信号响应行为赋予了该智能软驱动器额外的触碰感知功能，实现了该智能软驱动器的感知驱动一体化功能集成。”该团队科研人员表示，这种触碰响应后的高分子水凝胶可以通过加热—冷却过程恢复过饱和状态，实现材料的结构与功能“再生”，为下一代智能软体机器人的研究提供了新的思路。（洪恒飞 记者 江耘）