近日，復旦大學材料科學系教授梅永豐課題組原創性地合成了一種具有動態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，再次實現自驅動快速水面運動。相關研究成果已發表于《科學—機器人學》。
水凝膠是一類具有親水基團的三維網絡結構聚合物智能材料，在水中可以迅速溶脹并在溶脹狀態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。研究人員探索發現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動自身在水面運動，并且運動速率的變化規律也非常一致。”論文通訊作者梅永豐告訴《中國科學報》，通過設計活性水凝膠材料的形狀、材料分布的非對稱性和周邊環境的表面親疏水性，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。
研究人員還發現，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動運動期間同步實現變形，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邊，實現類似于自然界水黽的爬岸動作。
同時，該研究團隊發明了一種可動態調節潤濕特性的水凝膠材料，賦予其新的“活性”運動特征，展現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、組織工程等重要領域的應用提供新的路徑。(黃辛)
關鍵詞： 仿生水黽自驅動智能材料
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