受树叶启发的仿生柔性可编程变色湿度响应驱动器

研究背景

在自然界中，许多生物能够根据环境刺激（如阳光、湿度和温度等）展现出自适应运动，例如含羞草叶片的开合以及变色龙动态的皮肤颜色伪装。其中，植物叶片在自然环境变化下发生的卷曲或起皱行为，主要归因于复杂的叶脉结构与叶肉组织体积变化之间的协同作用。

受这些生物系统的启发，研究者们开发了能够将湿度、光、电等外部刺激转化为机械运动的智能软体驱动器。尽管湿气响应驱动器在利用自然界广泛存在的湿气作为驱动源方面具有巨大潜力，但要实现形变能力、响应速度和承载能力之间的平衡仍然存在挑战。此外，在单一驱动器系统中同时实现可编程的结构形变与视觉可视化的颜色变化，需要极其精巧的材料设计，这依然是该领域的一大难题。

图文解析

通过磁场组装技术，薄膜表面形成了周期性平行分布的凸起条纹图案。扫描电镜 (SEM) 显示条纹区域具有更高的粗糙度，且厚度略大于平坦区域。EDS和XPS等表征进一步证实了MXene@Fe₃O₄颗粒在条纹区域的成功聚集和复合材料的化学结构。

图3 湿度诱导的变色特性

图4 驱动性能与可编程性

图5 NCMF驱动器在人工肌肉和柔性手爪中的应用

图6 NCMF执行器的多功能应用

图7 NCMF仿生软机器人演示

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