仿松塔家养驱动器登上Nature Materials！ – 质料牛

发布时间：2025-09-19 00:13:41 来源： 作者：隐秘花园

一、仿松【导读】

宽慰吸应变形是养驱良多做作去世物尾要的种子转达策略，申明其潜在机制对于设念宽慰吸应质料至关尾要。动器登上松果是料牛一种典型的具备吸干变形特色的做作去世物，可能做为构建家养驱动器的仿松仿去世模子。详细天，养驱松塔可能约莫妨碍干度吸应多少多重塑，动器登上其鳞片正在干燥情景中张开，料牛正在干润情景中闭开，仿松那有利于风战植物将种子从母树上远距离转达。养驱可是动器登上，借出有看重到松塔的料牛干度吸应是一个超缓的历程，其速率（经由历程薄度尺度化）远低于其余干度吸应植物妄想，仿松如小麦芒战种子囊。养驱值患上看重的动器登上是，那类超缓行动也以较小大幅度晃动天妨碍。

二、【功能掠影】

远日，中科院理化足艺钻研所王树涛、北京航天航空小大教刘悲等人掀收了松塔干度吸应的超缓行动的怪异。详细天，具备配合仄止摆列的弹簧状微管战圆形微管同量挨算的维克制（VBs）主导干度吸应熏染感动。弹簧状微管群散正在维克制中侧标的目的，圆形微管扩散正在维克制内侧标的目的，正在吸干后，弹簧状微管提醉出更小大水仄的缩短，使患上正不才气宇条件下维克制背圆形微管标的目的直开，从而驱动松塔的鳞片挪移。受此开辟，钻研职员操做3D挨印足艺制备了由弹簧状管战圆形管组成的同量挨算的根基单元，正在管中挖充吸干散开物，以模拟鳞片中的“肉”，制备了具备类松塔干度吸应的超缓行动的家养驱动拆配，真现可控但不成收觉的行动，其行动速率多少远比报道的同类驱动器低两个数目级，为具备超缓动做的驱动拆配或者可操做于假拆战窥探配置装备部署的构建提供思绪。该论文以题为“Unperceivable motion mimicking hygroscopic geometric reshaping of pine cones”宣告正在驰誉期刊Nature Materials上。

三、【中间坐异面】

钻研职员掀收了松塔干度吸应的超缓行动的怪异，并正在开辟下研收了具备类松塔干度吸应的超缓行动的家养驱动拆配。

四、【数据概览】

图一、松果的干度吸应及其挨算© 2022 Springer Nature

（a）浸水松果的挨开历程。

（b）种种吸干性植物妄想的变形速率战才气比力。

（c）样品的前视图战侧视图的光教图像。

（d）鳞片及其组成部份的干度吸应可顺直开。

（e）鳞片及其组成部份的变形才气及行动速率。

图二、单个VB的微不美不雅挨算© 2022 Springer Nature

（a）单个VB的光教照片。

（b）VB横截里SEM图像隐现其组成是中空微管的鸠总体。

（c-d）放大大后的SEM图像隐现，圆形战矩形微管的内壁呈弹簧状且滑腻，分说界讲为弹簧状微管战圆形微管。

（e）从XCT患上到的弹簧状微管（标有○）战圆形微管（标有□）。

（f-h）弹簧状战圆形微管的外部形态。

（i-j）弹簧状战圆形微管的代表性应力-应变直线战合计的抗推刚度。

图三、VB可顺吸干多少多重塑的机制© 2022 Springer Nature

（a-c）弹簧状微管、圆形微管战弹簧状/圆形微克制正在低-下-低干度下的ESEM图像。

（d）从ESEM患上到的弹簧状战圆形微管沿其少轴战短轴的吸干缩短率。

（e）干燥（RH = 23%）战干形态条件下弹簧微管纵背截里的本位XCT图像。

（f）简化的一维同量挨算弹簧状/圆形微管模子的吸干多少多重塑机制示诡计。

（g-h）正在不开标的目的的应力场中，弹簧状/圆形微克制的数值模拟。

图四、3D挨印模拟VB挨算的家养驱动器© 2022 Springer Nature

（a-b）VB模拟弹簧状/圆形管对于的顶视图战侧视图的示诡计战光教图像。

（c-d）3D挨印弹簧状战圆形管的杨氏模量战纵背吸干缩短率。

（e）3D挨印的管对于正在干润形态下直开，正在干燥形态下复原笔直，而比力样品出有修正。

（f）具备无开薄度比h_○/□的管对于的光教图像。

（g）实际爽快修正与h_○/□的关连。

（h）实际合计爽快战魔难魔难爽快比力。

图五、仿松塔挨算的超缓家养驱动器© 2022 Springer Nature

（a-c）操做弹簧状/圆形管对于制制的可移开工做台，真现对于上里的物体的超缓运输，不会周围的情景水组成干扰。

（d）正在桌子挪移历程中，球正在桌子上的相对于位移（至心圆）战悬挂球正在水仄（顶部）战垂直（底部）标的目的上的位移（空心圆）。

（e）文献中仿去世家养驱动器的行动速率（BL s^-1）与体少（BL）的关连。

（f）对于监测规模小大小大删减的不成收觉的挪移探测器的见识证实。

五、【功能开辟】

综述所述，做者讲明了松塔的吸干性多少多变形机制：由同量挨算的弹簧状/圆形组成VBs，随着情景干度的修正，背侧的弹簧微管沿少轴的变形好比形微管小大，弹簧挨算给予微管对于晃动行动的卓越情景顺应性，并主导松果鳞片的闭开战挨开。受此开辟，钻研职员操做单组份3D挨印足艺制备了由弹簧状战圆形管组成的同量挨算的根基单元，正在管中挖充吸干散开物，以模拟鳞片中的“肉”删减吸干蹊径，降降缩短速率。本钻研为清晰常睹的松塔吸干变形提供了深入的不雅见识，同时也为斥天宽慰吸应驱动器提供了深入的不雅见识。

文献链接：Unperceivable motion mimicking hygroscopic geometric reshaping of pine cones (Nat. Mater. 2022, DOI: 10.1038/s41563-022-01391-2)

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