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  自然界生物體系通過(guò)連續(xù)對(duì)稱性破壞以及反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、可控的運(yùn)動(dòng)機(jī)能。設(shè)計(jì)制備具有智能驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)控制功能，且能夠自發(fā)持續(xù)運(yùn)動(dòng)的軟體機(jī)器人仍是該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性難題，其難點(diǎn)在于難以復(fù)制生命體中的生物響應(yīng)、神經(jīng)控制、自我調(diào)節(jié)等特征。目前，大多數(shù)軟體機(jī)器人通過(guò)動(dòng)態(tài)外界刺激操控對(duì)稱性破壞與回復(fù)，實(shí)現(xiàn)定向持續(xù)運(yùn)動(dòng)。一些軟體機(jī)器人依靠自遮擋效應(yīng)、震蕩化學(xué)反應(yīng)形成反饋回路，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制；但是，這些運(yùn)動(dòng)通常是震蕩模式，設(shè)計(jì)具有平穩(wěn)、自發(fā)、持續(xù)運(yùn)動(dòng)能力的軟體機(jī)器人具有重要的科學(xué)意義。相對(duì)于幾何結(jié)構(gòu)的重要性，軟體機(jī)器人拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)控制以及自發(fā)運(yùn)動(dòng)中的作用少有涉及。

  近日，浙江大學(xué)鄭強(qiáng)教授、吳子良教授與南方科技大學(xué)洪偉教授以響應(yīng)性水凝膠制備具有不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的軟體機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)光照條件下的自發(fā)持續(xù)運(yùn)動(dòng)。研究表明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)增強(qiáng)了局部變形的關(guān)聯(lián)性，纏繞關(guān)聯(lián)的自遮擋效應(yīng)以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的自相似性共同賦予拓?fù)錂C(jī)器人自我調(diào)節(jié)功能，從而實(shí)現(xiàn)靜態(tài)刺激下的自發(fā)持續(xù)運(yùn)動(dòng)。 

圖1.圓環(huán)凝膠機(jī)器人在靜態(tài)及動(dòng)態(tài)光照下的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。

圖2. 三葉結(jié)拓?fù)錂C(jī)器人在靜態(tài)光照下的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。

圖3.多種繩結(jié)軟機(jī)器人的自發(fā)持續(xù)運(yùn)動(dòng)。

  論文信息：

  Qing Li Zhu, Weixuan Liu, Olena Khoruzhenko, Josef Breu, Wei Hong, Qiang Zheng, Zi Liang Wu, Animating hydrogel knotbots with topology-invoked self-regulation, 2024, 14, 300.

  https://www.nature.com/articles/s41467-023-44608-x