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通过感知湿度实现自动伸缩 让头发秒变爬行机器人

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一根普通的人类头发可以秒变爬行机器人。记者6日获悉,南开大学药物化学生物学国家重点实验室、化学学院刘遵峰教授团队利用加捻和冷烫技术,研发出一种自行固定的智能头发人工肌肉,可通过感知湿度实现自动伸缩,用它制成的毛虫机器人可以做出爬行、扭转等动作。该技术为含化学键的加捻纤维定型提供了一种新策略,在生物相容智能材料、传感器和软体机器人研发领域中具有广阔应用前景。相关论文日前发表于国际材料学权威期刊《材料视界》。

拉伸和扭转驱动是基本的变形类型,可用于构建复杂的变形驱动,如弯曲、滚动、爬行等。人类的肌肉纤维、蜘蛛丝以及铃状铃虫的细长茎等,都是自然界中存在的自固定纤维驱动器,可以实现伸缩和扭转等运动。基于生物材料的自固定智能驱动器可用于传感器、控制器以及组织工程、医疗保健和人机交互的软机器人中。

刘遵峰团队在寻找合适的天然生物材料过程中,从美发厅的烫发技术中获得灵感。由于头发中α-角蛋白对水具有高灵敏响应,因此,研究团队认为,头发非常适合制备自固定人工肌肉。经过反复试验,团队利用头发中二硫键和氢键形成的交联网络,开发出了这种“智能烫发新技术”,实现了湿度响应的头发人工肌肉的自固定。

“这项研究重要的意义在于提供了一种新的策略,通过生物相容和可生物降解天然材料中的化学交联实现捻度的保持,来制备自固定的纤维人工肌肉,并实现人工肌肉可逆调节。这项新技术可拓展应用于含-SH键的其他天然和人造材料的自固定中,并对含其他动态可逆共价键材料的自固定具有借鉴意义。”刘遵峰说。

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