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  自然界生物體系通過連續對稱性破壞以及反饋調節機制，實現復雜、可控的運動機能。設計制備具有智能驅動、自動控制功能，且能夠自發持續運動的軟體機器人仍是該領域的挑戰性難題，其難點在于難以復制生命體中的生物響應、神經控制、自我調節等特征。目前，大多數軟體機器人通過動態外界刺激操控對稱性破壞與回復，實現定向持續運動。一些軟體機器人依靠自遮擋效應、震蕩化學反應形成反饋回路，實現驅動、運動的自動控制；但是，這些運動通常是震蕩模式，設計具有平穩、自發、持續運動能力的軟體機器人具有重要的科學意義。相對于幾何結構的重要性，軟體機器人拓撲結構在驅動控制以及自發運動中的作用少有涉及。

  近日，浙江大學鄭強教授、吳子良教授與南方科技大學洪偉教授以響應性水凝膠制備具有不同拓撲結構的軟體機器人，實現了靜態光照條件下的自發持續運動。研究表明拓撲結構增強了局部變形的關聯性，纏繞關聯的自遮擋效應以及旋轉運動的自相似性共同賦予拓撲機器人自我調節功能，從而實現靜態刺激下的自發持續運動。 

圖1.圓環凝膠機器人在靜態及動態光照下的連續運動。

圖2. 三葉結拓撲機器人在靜態光照下的連續運動。

圖3.多種繩結軟機器人的自發持續運動。

  論文信息：

  Qing Li Zhu, Weixuan Liu, Olena Khoruzhenko, Josef Breu, Wei Hong, Qiang Zheng, Zi Liang Wu, Animating hydrogel knotbots with topology-invoked self-regulation, 2024, 14, 300.

  https://www.nature.com/articles/s41467-023-44608-x