东南大学杨洪教授 Angew：多模态、自维持、可调谐运动的塞费特曲面拓扑驱动器

2023-04-23 来源：高分子科技

关键词：拓扑学弹性体形状记忆材料多模态自持续可调谐运动模式光驱动塞费特曲面拓扑驱动器

多模态、自维持、可调谐运动模式是生命体的高级智能行为特征，例如海豚的自主摆动和翻滚，同时也是仿生软体驱动器的科学研究热点。软体驱动器有望在无人为干预条件下，实现自我感知外部信号，做出决策，并执行长期的特定任务。然而，制约软体驱动器自主化发展的关键问题是单组分驱动器仅具备一种自维持运动模式，无法赋予单个驱动器多模态、自持续和可调谐的行为模式。

近日，东南大学杨洪教授课题组将拓扑学设计与液晶弹性体形状记忆材料相结合，开发了一种具备多模态、自持续和可调谐运动模式的光驱动塞费特曲面（Seifert ribbon）拓扑驱动器。驱动器两侧分别被设计为基于光反射机理的自遮蔽铂涂覆的聚偏氟乙烯被动层和光驱动的单畴取向液晶弹性体层。该驱动器可以自感知光源区域变化，其驱动组分自主调节为条带状或环状结构，并适应性地进行自维持振荡或旋转运动。

塞费特曲面的可定向性保障了驱动器的光响应区域和自遮蔽区域在恒定光刺激下分别持续地接收和屏蔽光子，实现驱动器中的扭曲能沿环带方向传递，进而引发自维持运动。在恒定的局部照射下，驱动组分转换为具有自遮蔽能力的非连续条带状结构，条带反复地进入和离开光刺激区域，实现周期往复的自振荡运动。在整体照射情况下，扭曲的环状结构确保了驱动组分的连续性，进而实现无限循环的自旋转运动。两种运动模式进一步应用到基于压电效应的自振荡发电和基于功率倍增机制的自旋转货物运输领域。此外，本文验证了塞费特曲面拓扑驱动器在户外环境下的太阳光驱动自维持运动的可行性。

综上所述，本文提出了拓扑结构编码软体驱动器功能的新策略，将研究焦点从传统的模块化组装和嵌入式算法转移到简单的拓扑结构构筑上，以实现功能的复杂化和自主化，为软体驱动器的研究开辟新视角。

相关研究成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，题目为“Multimodal Self-sustainable Autonomous Locomotions of Light-driven Seifert Ribbon Actuators based on Liquid Crystal Elastomers”，东南大学在读博士研究生聂振洲为论文第一作者，杨洪教授为通讯作者。上述研究得到了国家自然科学基金和科技部重点研发计划等经费的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202304081

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（责任编辑：xu）

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