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東南大學(xué)楊洪教授 Angew：多模態(tài)、自維持、可調(diào)諧運(yùn)動(dòng)的塞費(fèi)特曲面拓?fù)潋?qū)動(dòng)器
2023-04-23  來源：高分子科技

  多模態(tài)、自維持、可調(diào)諧運(yùn)動(dòng)模式是生命體的高級(jí)智能行為特征，例如海豚的自主擺動(dòng)和翻滾，同時(shí)也是仿生軟體驅(qū)動(dòng)器的科學(xué)研究熱點(diǎn)。軟體驅(qū)動(dòng)器有望在無人為干預(yù)條件下，實(shí)現(xiàn)自我感知外部信號(hào)，做出決策，并執(zhí)行長(zhǎng)期的特定任務(wù)。然而，制約軟體驅(qū)動(dòng)器自主化發(fā)展的關(guān)鍵問題是單組分驅(qū)動(dòng)器僅具備一種自維持運(yùn)動(dòng)模式，無法賦予單個(gè)驅(qū)動(dòng)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(xué)楊洪教授課題組將拓?fù)鋵W(xué)設(shè)計(jì)與液晶彈性體形狀記憶材料相結(jié)合，開發(fā)了一種具備多模態(tài)、自持續(xù)和可調(diào)諧運(yùn)動(dòng)模式的光驅(qū)動(dòng)塞費(fèi)特曲面（Seifert ribbon）拓?fù)潋?qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器兩側(cè)分別被設(shè)計(jì)為基于光反射機(jī)理的自遮蔽鉑涂覆的聚偏氟乙烯被動(dòng)層和光驅(qū)動(dòng)的單疇取向液晶彈性體層。該驅(qū)動(dòng)器可以自感知光源區(qū)域變化，其驅(qū)動(dòng)組分自主調(diào)節(jié)為條帶狀或環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并適應(yīng)性地進(jìn)行自維持振蕩或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 



  塞費(fèi)特曲面的可定向性保障了驅(qū)動(dòng)器的光響應(yīng)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(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器中的扭曲能沿環(huán)帶方向傳遞，進(jìn)而引發(fā)自維持運(yùn)動(dòng)。在恒定的局部照射下，驅(qū)動(dòng)組分轉(zhuǎn)換為具有自遮蔽能力的非連續(xù)條帶狀結(jié)構(gòu)，條帶反復(fù)地進(jìn)入和離開光刺激區(qū)域，實(shí)現(xiàn)周期往復(fù)的自振蕩運(yùn)動(dòng)。在整體照射情況下，扭曲的環(huán)狀結(jié)構(gòu)確保了驅(qū)動(dòng)組分的連續(xù)性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無限循環(huán)的自旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。兩種運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)一步應(yīng)用到基于壓電效應(yīng)的自振蕩發(fā)電和基于功率倍增機(jī)制的自旋轉(zhuǎn)貨物運(yùn)輸領(lǐng)域。此外，本文驗(yàn)證了塞費(fèi)特曲面拓?fù)潋?qū)動(dòng)器在戶外環(huán)境下的太陽光驅(qū)動(dòng)自維持運(yùn)動(dòng)的可行性。 



  綜上所述，本文提出了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼軟體驅(qū)動(dòng)器功能的新策略，將研究焦點(diǎn)從傳統(tǒng)的模塊化組裝和嵌入式算法轉(zhuǎn)移到簡(jiǎn)單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)筑上，以實(shí)現(xiàn)功能的復(fù)雜化和自主化，為軟體驅(qū)動(dòng)器的研究開辟新視角。


  相關(guān)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(xué)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(guó)家自然科學(xué)基金和科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等經(jīng)費(fèi)的支持。


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

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