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  自然界中的生物由于其良好的適應能力而能夠在復雜的自然環境中生存和繁衍，如能夠感知危險信號，并據此來調整自身的形態和運動以逃避危險。而賦予生物這種能力最重要的組成部分之一是具有感知和機械變形特征的軟組織，它能夠可逆地改變其外貌和行為。受到這些軟組織和功能的啟發，人們致力于開發各種軟材料來構建比色傳感器/驅動器、電子皮膚和氣動/液壓驅動偽裝系統等。彈性體由于其固有的柔韌性、彈性和可拉伸性，能夠很好地模擬生物系統和功能，且對環境友好，是一種極具前途的仿生軟材料。雖然目前已經大量研究了具有類皮膚可拉伸變形行為的彈性體驅動系統，但是還缺乏在同一個系統中感知和變形/運動能力的協同作用，這導致驅動器不能像生物體一樣根據外界的刺激響應來調節自身的行為。

  基于中國科學院寧波材料技術與工程研究所陳濤研究員課題組在柔性傳感器和軟驅動器方面的研究基礎（Adv. Mater., 2020, 2004290; Nat. Commun., 2020, 11, 4359; Angew. Chem. Int.Ed., 2019, 58,16243; J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 26631; ACS Nano, 2019, 13, 4368; Nano Energy, 2019, 59, 422; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1704568; Chem. Mater., 2018, 30, 4343; J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 5140; J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 6666等）。近期，受到小丑魚魚鰾同時具有感知和變形驅動功能的啟發，開發了一種水下自感知的軟驅動器。

  該工作通過在水/空界面制備超薄的聚二甲基硅氧烷（PDMS）和PDMS/碳納米管（CNTs） Janus膜，由于其良好的自適性和粘性，通過將上述薄膜無縫轉移集成為一個三明治復合膜，以模仿魚鰾膜。以可拉伸的彈性PDMS基體模仿魚鰾的充氣/放氣變形行為，而用導電CNTs網絡薄膜模仿魚鰾具有類似皮膚神經網絡的感知功能。由于復合薄膜良好的彈性、自適性和保形性，它可以進一步轉移至一個中空的模型上形成自封閉的人工魚鰾。外界氣壓的變化時，會引起復合膜發生膨脹或者凹陷變形。根據壓阻傳感機理，復合薄膜的這種形變會引起碳納米管導電網絡間接觸電阻的變化，從而實現對變形行為的實時監測。當將整個系統置于水中時，可以用膜的膨脹和凹陷行為模仿魚鰾的充氣/放氣行為，通過調節外界氣壓可以實現對整個系統在水中的上下運動行為的精確控制，同時其運動過程也可以通過電信號實時監測。此外，還能實現對外界信號的監測感知并根據感知信號執行氣動驅動行為。因此，該研究成功地將傳感和驅動功能集成到一個三明治復合膜中，實現了協同仿生行為，在智能集成軟機器人方面展示出巨大的潛力。

圖1（a）小丑魚由魚鰾充氣/放氣行為引起的上浮/下潛運動示意圖；（b）真實魚鰾經冷凍干燥后的SEM圖像；（c-d）在空氣/水界面制備超薄PDMS和CNTs/PDMS Janus膜的示意圖，以及將二者集成為一個三明治自感知彈性復合膜（PCP）的制作過程示意圖；（e）PCP膜的結構示意圖；（f）驅動變形和傳感的協同作用示意圖；（g-h）CNT /PDMS Janus膜在分別水側和空氣側的掃描電鏡圖；（i-j）PCP膜的截面掃描電鏡圖（i）和二維拉曼圖（j）

圖2（a）人工魚鰾氣動驅動器的示意圖；（b）人工魚鰾驅動器在下潛/上浮過程中的照片，箭頭的方向表示運動的方向；（c）用人工魚鰾去模仿魚的感知及運動行為，當人工魚鰾感受到外界的危險信號時，可以據此去引導和追蹤其進一步的運動；（d）人工魚鰾驅動器感知的水下位置；（e）人工魚鰾驅動器在重復下潛/上浮過程中的實時信號記錄

  該工作以題為“Biomimetic Underwater Self-Perceptive Actuating Soft System Based on Highly Compliant, Morphable and Conductive Sandwiched Thin Films”的論文發表在Nano Energy, 2020, DOI.org/10.1016/j.nanoen.2020.105617。本研究得到了國家自然科學基金（52073295，51803226）、中國科學院前沿科學重點研究項目（QYZDB-SSWSLH036）、中國科學院國際合作局（174433KYSB20170061）、博士后創新人才支持計劃（BX20180321）、中國博士后科學基金（2018M630695）和寧波市科技創新2025重大專項（2018B10057）等項目的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105617