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研究透视:Nature Materials-理化所王树涛团队松果仿生传感与驱动材料

        松果pine cones吸湿变形是,一种人工致动器刺激响应模型系统,其主要特征是松果尺度,会随环境湿度的变化而张开和闭合。然而,这种松果变形不为人所周知,因其是超慢的演进过程。

 

        今日,中国科学院理化技术研究所Feilong Zhang,Man Yang,Huan Liu,王树涛Shutao Wang等,在Nature Materials上发文,揭示了具有独特的且平行排列的弹簧/方形微管异质结构的维管束主导了吸湿运动,其特征是外部石细胞sclereids的超慢运动。弹簧微管沿纵轴方向的吸湿变形比方形微管大得多,使维管束弯曲,从而带动外皮scale移动。具有良好保水性的外部石细胞,使维管束触发的变形,能够实现超慢过程。为此,开发了仿生软致动器soft actuators ,能够实现可控但不可感知的运动。与已报道的同类驱动器相比,其运动速度几乎低两个数量级,这使得所开发的软驱动器,可用于国防伪装和侦察任务。

 

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Unperceivable motion mimicking hygroscopic geometric reshaping of pine cones.仿生松果:不可感知运动、吸湿几何重塑。

 

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图1:松果的典型缓慢吸湿几何重塑及其表皮scale、皮肤skin、骨架和维管束结构vascular bundles,VB层次组件。


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图2:单个维管束结构VB的微观结构。


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图3:维管束结构VB的可逆吸湿几何重塑机制。


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图4:通过3D打印仿生维管束结构VB的人工致动器。


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图5:带有弹簧/方形(○/□)支柱耦合的松锥致动器,可实现不可感知运动。

 

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