“烫发”新技术让头发秒变爬行机器人

仙仙

一根普通的人类头发可以秒变爬行机器人。记者4月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，在生物相容性智能材料、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性，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，通过生物相容性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性调节。这项新技术可拓展应用于含巯基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。（记者陈曦 通讯员吴军辉）