陈涛、路伟：仿章鱼协同变形变色运动机器人研究方面取得新进展

bingnuan

在自然界中，许多生物通过进化，不断增强自身适应环境的能力，从而能够充分利用协同的形状变形、颜色变化和运动，拥有在不同环境中交流、伪装等能力。长期以来，科学家们尝试通过设计智能人工材料（特别是具有类生物组织性能的软湿聚合物凝胶）来复制这些神奇的多功能协同行为。这样的研究不仅将有利于理解自然的多功能协同行为，而且使人们能够整合和升级受生物启发的多功能机器人。然而，实现高等生物的三功能协同或多功能协同，如复杂的协同形状变形、颜色变化和运动，仍然是相当具有挑战性的。

　　近年来，中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料课题组陈涛研究员与路伟研究员一直致力于智能荧光高分子水凝胶的研究（ACS Nano 2021, 6, 10415; Cell Reports Physical Science 2021, 2, 100417; Aggregate, 2021, 1, e37; Adv. Intell. Syst. 2021, 2000239; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 8608; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60,3640; Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 16243; Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1905514; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1704568等）近期，受到自然界生物在不同环境中交流、伪装等能力的启发（例如，章鱼作为海洋最有智慧的生物之一，甚至被称为是海洋中的变色龙，可以通过改变形状和颜色伪装成珊瑚，当有威胁感知时，章鱼能够从体管喷出水流，喷射的水力强劲，从而迅速向反方向移动逃跑，同时改变它们的形状和皮肤颜色，融入周围环境），提出了一种新型多功能协同柔性机器人的制备策略。
　　科研人员提出利用具有可旋转表面基团的疏水碳点，制备具有聚集诱导发光功能的聚丙烯酰胺/丙烯酸/碳点凝胶，并通过将凝胶与弹性体界面结合，设计了一种具有非对称结构的溶剂响应型双层柔性驱动器。在该设计中，乙二醇双层柔性驱动器在水中会自发进行溶剂交换，导致凝胶的颜色从分散态蓝光转变为聚集态红光；同时，利用双层驱动器两侧溶胀差异，可实现不对称弯曲形变。科研人员进一步将所制备的双层柔性驱动器与单层凝胶推动器相连接，构建了一种具有类似章鱼的仿生柔性游泳机器人，该机器人不仅可以协同形状/颜色变化，还能通过溶剂替换过程产生的表面张力梯度实现自主运动。本研究为开发先进的多功能仿生智能柔性机器人提供了一个良好的策略。
　　该工作近期以题为“Aggregation Induced Emissive Carbon Dots Gels for Octopus-Inspired Shape/Color Synergistically Adjustable Actuator”的论文发表在Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202107281。本研究得到了国家自然科学基金（21774138、52073297、51773215）、中德合作国际交流项目（M-0424）、中科院前沿科学重点研究项目（QYZDB-SSW-SLH036）、中国科学院青年创新促进会（2019297）和王宽诚教育基金（GJTD-2019-13）等项目的支持。


        文章来源：宁波材料所
       陈涛，博士，研究员，博士生导师。2006年毕业于浙江大学化学反应工程国家重点实验室，获得高分子化学与物理博士学位。先后于2006年到2007年在英国华威大学(University of Warwick)化学系及于2007年到2010年在美国杜克大学(Duke University)材料科学与工程系从事博士后研究；2010年到2012年，作为洪堡学者在德国德累斯顿工业大学(Technische Universität Dresden)化学系从事科研工作。加入中科院宁波材料所，组建智能高分子材料课题组。在Chemical Society Review, Progress Polymer Science, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Chemical Science, Chemistry of Materials, Small, Chemical Communications, ACS Appl. Mater. Interfaces, Journal of Materials Chemistry A-C, Polymer Chemistry, Scientific Report, Macromolecular Rapid Communications, Langmuir, Soft Matter, Advanced Materials Interfaces, Journal of Physical Chemistry B和Polymer等期刊上发表一作/通讯作者SCI学术论文70余篇，共发表SCI论文120余篇，引用1900余次，H因子为24，合作出版专著4本，申请15项国家发明专利，5项获得授权。        路伟，博士，项目研究员，博士生导师。1987年出生于安徽省蚌埠市怀远县，2008年和2014年分别获得浙江大学工学学士和理学博士学位；2014年7月开始在中科院宁波材料所工作，历任助理研究员、副研究员（2016年）、春蕾副研究员（2017年）等岗位，于2019年晋升为项目研究员。。自2016年以来，主要从事智能多色荧光高分子水凝胶研究，即立足于荧光高分子水凝胶的结构性能特异性，从荧光功能单体和聚合物分子设计的源头出发，通过发光中心分子结构、高分子链和聚集态结构以及复合材料结构等多层次结构调控，突破了已报道高分子水凝胶体系普遍发光颜色单一的局限，实现了荧光高分子水凝胶的多功能化，在此基础上发展了具有类变色龙变形/变色双功能协同的仿生智能高分子水凝胶驱动器，初步证明了多功能协同仿生变色伪装软体机器人的可行性。基于这些研究成果，先后以第一/通讯作者身份在Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Soc. Rev., Adv. Funct. Mater., Nano Energy, Chem. Mater., ACS Macro Lett.,等国际材料和化学期刊上发表SCI学术论文20余篇（ESI高被引论文2篇），承担包括国家自然科学基金面上项目（2020、2017）、青年项目（2015）、宁波市国际合作项目（2016）等，先后入选中国科学院“青年创新促进会”（2019）和宁波市拔尖和领军人才培养工程（2017）。