据中科院深圳先进院最前消息：近日，中国科学院深圳先进技术研究院纳米调控与生物力学研究中心杜学敏副研究员团队研发出仿变色龙软体驱动器，首次发表了能同时通过颜色和形状改变，进而与环境实时交互的软体爬行机器人学术成果。相关研究"Chameleon-InspiredStructuralColorActuators"（仿变色龙的结构色驱动器）于美国时间7月31日在线发表于Cell姊妹刊Matter上（DOI:10./j.matt..05.）。杜学敏副研究员是该论文通讯作者，王运龙博士为 作者，深圳先进院为 通讯单位。

自然界中的许多生物为了在复杂的环境中得以生存，进化出了一系列能感知环境变化并能及时做出反应的智能特性。如较低等的生物——含羞草在受到外界触碰时，会及时闭合叶子以避免受到 。对于高等的生物，如变色龙，在受到威胁时，不仅可以逃之夭夭，而且还可以通过改变皮肤颜色恐吓天敌或是伪装自己。

杜学敏介绍，变色龙之所以能够改变皮肤颜色源于其身上的结构色。“变色龙的皮肤中存在一个个规整排列的纳米颗粒，当皮肤舒张或收缩时，纳米颗粒的间距会发生改变，进而会改变光的反射效果，最终呈现出肉眼可见的颜色变化，这种由于微纳结构与光相互作用产生的颜色就是所谓的结构色。”

为解决该挑战，杜学敏研究团队基于前期在仿生含羞草等实现材料可控形变（Research,,,;AdvancedMaterials,,29,;AdvancedMaterialsTechnologies,,2,1700;AdvancedFunctionalMaterials,,28,）设计经验，创新性地仿生自然界中变色龙通过肤色改变与环境实时交互的结构原理：皮肤中存在周期性排列的微纳颗粒，当皮肤舒张或收缩时，皮肤中微纳颗粒间距会发生改变，进而反射光之间的干涉效果就随着改变，最终呈现出肉眼可见的皮肤颜色变化，这种源于周期性微纳结构的颜色称之为结构色，并将这种周期性的微纳结构设计到可控形变与可控运动的材料中，成功实现能与环境实时交互的仿变色龙驱动。研究团队采用周期性微纳颗粒阵列为模板，将 类预聚单体浇筑到模板中并聚合固化，随后移除微纳颗粒模板，即可获得具有周期性微纳孔洞的聚 （PTMPTA）。正是由于独具匠心的多孔结构设计，使得这类薄膜在溶剂氛围中实现快速的颜色变化（仅需0.2s即可实现反射光谱红移37nm），这是因为纳米尺度多孔结构能促进溶剂蒸汽的吸附与冷凝，进而快速溶胀聚 分子并改变周期性微纳孔洞间距，从而实现颜色快速变化。

该研究的另一大突破在于快速变色的同时，结合可控变形与可控运动的材料，实现了仿变色龙的驱动。“通过模仿自然界中蛇和蚯蚓等爬行生物的运动方式，我们设计出了既能变色又能定向爬行的软体机器人，其运动速度达到了0.16cm/s（一分钟可以爬行逾6倍自己身长的距离）。”杜学敏介绍说，该成果有望在传感、通讯及机器人伪装等方面实现应用。

该项研究首次报道了能与环境实时交互的仿变色龙柔体结构色驱动器，不仅为传统驱动器多功能设计提供了新思路，而且极大拓展仿变色龙驱动器在柔体机器人等领域广泛应用。

对于该成果的未来应用，杜学敏还有更颠覆性的设想，他希望将这种材料特性与人形机器人相结合，做成机器人的“皮肤”，赋予机器人更拟人的情绪表达。“现在的机器人虽然在语言等方面拟人程度非常高，但仍然给人一种冰冷的感觉，如果能将变色材料应用于服务机器人，使它们害羞时面部绯红，生气时脸色发青，将极大提升人机交互的效果。”

来源：中科院深圳先进院

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