頭發(fā)可秒變爬行機器人？“智能燙發(fā)新技術(shù)”實現(xiàn)人工肌肉可逆性調(diào)節(jié)

一根普通的人類頭發(fā)可以秒變爬行機器人。記者6日獲悉，南開大學(xué)藥物化學(xué)生物學(xué)國家重點實驗室、化學(xué)學(xué)院劉遵峰教授團隊利用加捻和冷燙技術(shù)，研發(fā)出一種自行固定的智能頭發(fā)人工肌肉，可通過感知濕度實現(xiàn)自動伸縮，用它制成的毛蟲機器人可以做出爬行、扭轉(zhuǎn)等動作。該技術(shù)為含化學(xué)鍵的加捻纖維定型提供了一種新策略，在生物相容性智能材料、傳感器和軟體機器人研發(fā)領(lǐng)域中具有廣闊應(yīng)用前景。相關(guān)論文日前發(fā)表于國際材料學(xué)權(quán)威期刊《材料視界》。

拉伸和扭轉(zhuǎn)驅(qū)動是基本的變形類型，可用于構(gòu)建復(fù)雜的變形驅(qū)動，如彎曲、滾動、爬行等。人類的肌肉纖維、蜘蛛絲以及鈴狀鈴蟲的細長莖等，都是自然界中存在的自固定纖維驅(qū)動器，可以實現(xiàn)伸縮和扭轉(zhuǎn)等運動。基于生物材料的自固定智能驅(qū)動器可用于傳感器、控制器以及組織工程、醫(yī)療保健和人機交互的軟機器人中。

劉遵峰團隊在尋找合適的天然生物材料過程中，從美發(fā)廳的燙發(fā)技術(shù)中獲得靈感。由于頭發(fā)中α-角蛋白對水具有高靈敏響應(yīng)性，因此，研究團隊認為，頭發(fā)非常適合制備自固定人工肌肉。經(jīng)過反復(fù)試驗，團隊利用頭發(fā)中二硫鍵和氫鍵形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)出了這種“智能燙發(fā)新技術(shù)”，實現(xiàn)了濕度響應(yīng)的頭發(fā)人工肌肉的自固定。

“這項研究重要的意義在于提供了一種新的策略，通過生物相容性和可生物降解天然材料中的化學(xué)交聯(lián)實現(xiàn)捻度的保持，來制備自固定的纖維人工肌肉，并實現(xiàn)人工肌肉可逆性調(diào)節(jié)。這項新技術(shù)可拓展應(yīng)用于含-SH鍵的其他天然和人造材料的自固定中，并對含其他動態(tài)可逆共價鍵材料的自固定具有借鑒意義。”劉遵峰說。(記者陳曦 通訊員吳軍輝)