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東南大學楊洪教授 Angew：多模態(tài)、自維持、可調(diào)諧運動的塞費特曲面拓撲驅(qū)動器
2023-04-23  來源：高分子科技

  多模態(tài)、自維持、可調(diào)諧運動模式是生命體的高級智能行為特征，例如海豚的自主擺動和翻滾，同時也是仿生軟體驅(qū)動器的科學研究熱點。軟體驅(qū)動器有望在無人為干預條件下，實現(xiàn)自我感知外部信號，做出決策，并執(zhí)行長期的特定任務。然而，制約軟體驅(qū)動器自主化發(fā)展的關鍵問題是單組分驅(qū)動器僅具備一種自維持運動模式，無法賦予單個驅(qū)動器多模態(tài)、自持續(xù)和可調(diào)諧的行為模式。


  近日，東南大學楊洪教授課題組將拓撲學設計與液晶彈性體形狀記憶材料相結合，開發(fā)了一種具備多模態(tài)、自持續(xù)和可調(diào)諧運動模式的光驅(qū)動塞費特曲面（Seifert ribbon）拓撲驅(qū)動器。驅(qū)動器兩側分別被設計為基于光反射機理的自遮蔽鉑涂覆的聚偏氟乙烯被動層和光驅(qū)動的單疇取向液晶彈性體層。該驅(qū)動器可以自感知光源區(qū)域變化，其驅(qū)動組分自主調(diào)節(jié)為條帶狀或環(huán)狀結構，并適應性地進行自維持振蕩或旋轉(zhuǎn)運動。 



  塞費特曲面的可定向性保障了驅(qū)動器的光響應區(qū)域和自遮蔽區(qū)域在恒定光刺激下分別持續(xù)地接收和屏蔽光子，實現(xiàn)驅(qū)動器中的扭曲能沿環(huán)帶方向傳遞，進而引發(fā)自維持運動。在恒定的局部照射下，驅(qū)動組分轉(zhuǎn)換為具有自遮蔽能力的非連續(xù)條帶狀結構，條帶反復地進入和離開光刺激區(qū)域，實現(xiàn)周期往復的自振蕩運動。在整體照射情況下，扭曲的環(huán)狀結構確保了驅(qū)動組分的連續(xù)性，進而實現(xiàn)無限循環(huán)的自旋轉(zhuǎn)運動。兩種運動模式進一步應用到基于壓電效應的自振蕩發(fā)電和基于功率倍增機制的自旋轉(zhuǎn)貨物運輸領域。此外，本文驗證了塞費特曲面拓撲驅(qū)動器在戶外環(huán)境下的太陽光驅(qū)動自維持運動的可行性。 



  綜上所述，本文提出了拓撲結構編碼軟體驅(qū)動器功能的新策略，將研究焦點從傳統(tǒng)的模塊化組裝和嵌入式算法轉(zhuǎn)移到簡單的拓撲結構構筑上，以實現(xiàn)功能的復雜化和自主化，為軟體驅(qū)動器的研究開辟新視角。


  相關研究成果近期發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.上，題目為“Multimodal Self-sustainable Autonomous Locomotions of Light-driven Seifert Ribbon Actuators based on Liquid Crystal Elastomers”，東南大學在讀博士研究生聶振洲為論文第一作者，楊洪教授為通訊作者。上述研究得到了國家自然科學基金和科技部重點研發(fā)計劃等經(jīng)費的支持。


  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202304081

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（責任編輯：xu）
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