刺激響應性驅動器是一種將環境變化的能量轉換成機械動能的裝置，用於控製驅使物體進行各種預定動作。其在柔性機器人、傳感器、能量轉換等領域展示出廣泛的潛在應用，因而受到了人們的廣泛關注。

在這方麵，我們需要向大自然學習——大da自zi然ran經jing過guo數shu億yi年nian的de進jin化hua

，已yi孕yun育yu出chu許xu多duo具ju有you獨du特te的de響xiang應ying性xing運yun動dong特te點dian的de植zhi物wu或huo組zu織zhi。比bi如ru

，捕bu蠅ying草cao和he含han羞xiu草cao在zai受shou到dao觸chu碰peng時shi會hui快kuai速su閉bi合he葉ye子zi來lai捕bu食shi昆kun蟲chong或huo躲duo避bi捕bu食shi者zhe；茅膏菜通過變形包裹住捕捉到的昆蟲以進一步消化；複活草在幹旱條件下蜷縮包裹自己以減少水分損失
；跳(tiao)舞(wu)草(cao)會(hui)隨(sui)著(zhe)音(yin)樂(le)舞(wu)動(dong)等(deng)。其(qi)實(shi)，一(yi)些(xie)凋(diao)亡(wang)的(de)植(zhi)物(wu)組(zu)織(zhi)也(ye)具(ju)有(you)響(xiang)應(ying)性(xing)運(yun)動(dong)的(de)特(te)點(dian)
，其(qi)主(zhu)要(yao)依(yi)靠(kao)獨(du)特(te)結(jie)構(gou)和(he)組(zu)成(cheng)實(shi)現(xian)對(dui)環(huan)境(jing)的(de)響(xiang)應(ying)

，如(ru)鬆(song)塔(ta)的(de)鱗(lin)片(pian)、蒲公英的冠毛

、豆莢
、麥芒、冰葉日中花的種皮等。這些植物原型為人工驅動器的設計和製備提供了靈感和物理模型，是構築新型功能性人工驅動器的有效途徑。

對dui植zhi物wu原yuan型xing的de理li解jie是shi一yi個ge較jiao為wei漫man長chang的de過guo程cheng，且qie隨sui研yan究jiu視shi角jiao和he科ke技ji的de進jin步bu而er逐zhu漸jian深shen入ru。鬆song塔ta是shi最zui具ju代dai表biao性xing的de植zhi物wu原yuan型xing之zhi一yi，相xiang關guan研yan究jiu也ye已yi持chi續xu了le一yi個ge多duo世shi紀ji。過guo去qu一yi個ge多duo世shi紀ji的de研yan究jiu工gong作zuo主zhu要yao集ji中zhong在zai鬆song塔ta的de運yun動dong機ji製zhi探tan索suo，即ji為wei什shen麼me會hui動dong，但dan對dui鬆song塔ta的de運yun動dong過guo程cheng和he特te點dian缺que乏fa關guan注zhu。其qi實shi，鬆song子zi需xu要yao在zai較jiao長chang期qi的de幹gan燥zao環huan境jing中zhong才cai可ke以yi被bei傳chuan播bo到dao遠yuan離li母mu樹shu的de地di方fang進jin行xing繁fan衍yan，因yin此ci鬆song塔ta鱗lin片pian運yun動dong的de速su度du是shi很hen慢man的de
，以yi確que保bao在zai其qi恰qia當dang的de時shi機ji張zhang開kai。鬆song塔ta的de這zhe種zhong濕shi度du響xiang應ying的de運yun動dong機ji製zhi一yi直zhi被bei歸gui因yin於yu鱗lin片pian外wai層ceng的de“肉”（石細胞）和內層的“筋”（維管束）上(shang)納(na)米(mi)纖(xian)維(wei)排(pai)列(lie)方(fang)向(xiang)差(cha)異(yi)造(zao)成(cheng)的(de)吸(xi)濕(shi)膨(peng)脹(zhang)差(cha)異(yi)
，但(dan)目(mu)前(qian)的(de)機(ji)製(zhi)並(bing)不(bu)能(neng)解(jie)釋(shi)其(qi)運(yun)動(dong)特(te)點(dian)，並(bing)且(qie)無(wu)法(fa)解(jie)釋(shi)其(qi)內(nei)層(ceng)維(wei)管(guan)束(shu)能(neng)夠(gou)獨(du)立(li)運(yun)動(dong)的(de)原(yuan)因(yin)。鬆(song)塔(ta)的(de)超(chao)慢(man)濕(shi)度(du)響(xiang)應(ying)機(ji)製(zhi)目(mu)前(qian)仍(reng)然(ran)是(shi)不(bu)清(qing)楚(chu)的(de)，探(tan)究(jiu)其(qi)背(bei)後(hou)的(de)機(ji)理(li)將(jiang)會(hui)為(wei)構(gou)建(jian)新(xin)型(xing)超(chao)慢(man)運(yun)動(dong)驅(qu)動(dong)器(qi)提(ti)供(gong)新(xin)的(de)思(si)路(lu)。

帶dai著zhe這zhe些xie疑yi問wen，科ke研yan人ren員yuan重zhong新xin審shen視shi了le鬆song塔ta的de吸xi濕shi運yun動dong，對dui其qi運yun動dong過guo程cheng和he微wei觀guan結jie構gou進jin行xing深shen入ru詳xiang細xi地di觀guan察cha，並bing對dui其qi機ji理li進jin行xing了le細xi致zhi研yan究jiu，最zui終zhong揭jie示shi了le鬆song塔ta超chao慢man運yun動dong的de原yuan理li
，完wan善shan了le對dui鬆song塔ta運yun動dong的de傳chuan統tong認ren知zhi。

yanjiufaxian，xiangbiyuqitayundongxingzhiwuzuzhi，songtalinpianzhanshichuzuimandeyundongsudu，qiebaochidadexingbianliang。jianglinpianjiepouhoufenbieguanchafaxian，neicengdeweiguanshujuyoukuaideyundongsuduhedadexingbianliang，erwaicengdeshixibaozuzhixishuiliangda、保水性好
、運動速度慢且形變量小。對比得出，鬆塔鱗片的慢速運動是由維管束驅動的，而保水性好的石細胞組織減緩其運動。

通tong過guo對dui維wei管guan束shu的de微wei觀guan結jie構gou進jin一yi步bu觀guan察cha發fa現xian，維wei管guan束shu是shi由you平ping行xing排pai列lie的de彈dan簧huang狀zhuang微wei管guan和he方fang形xing微wei管guan組zu成cheng。這zhe兩liang種zhong微wei管guan構gou成cheng了le典dian型xing的de異yi質zhi結jie構gou，其qi中zhong，彈dan簧huang狀zhuang微wei管guan聚ju集ji在zai鱗lin片pian外wai側ce方fang向xiang
，方fang形xing微wei管guan分fen布bu在zai鱗lin片pian內nei側ce方fang向xiang。原yuan位wei動dong態tai分fen析xi顯xian示shi，彈dan簧huang狀zhuang微wei管guan展zhan示shi出chu更geng明ming顯xian的de吸xi濕shi伸shen長chang行xing為wei，使shi得de在zai環huan境jing濕shi度du升sheng高gao時shi維wei管guan束shu向xiang方fang形xing微wei管guan一yi側ce彎wan曲qu。

受此啟發，研究人員利用雙組份3D打印技術製備了由彈簧狀管和方形管構成的異質結構的基本單元，並在管中填充吸濕聚合物，以模仿鱗片中的“肉”來(lai)增(zeng)大(da)吸(xi)濕(shi)路(lu)徑(jing)，成(cheng)功(gong)製(zhi)備(bei)了(le)具(ju)有(you)類(lei)似(si)鬆(song)塔(ta)吸(xi)濕(shi)運(yun)動(dong)的(de)超(chao)慢(man)運(yun)動(dong)的(de)人(ren)工(gong)驅(qu)動(dong)裝(zhuang)置(zhi)，其(qi)運(yun)動(dong)速(su)度(du)比(bi)已(yi)報(bao)道(dao)的(de)濕(shi)度(du)響(xiang)應(ying)驅(qu)動(dong)器(qi)低(di)兩(liang)個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)，整(zheng)個(ge)運(yun)動(dong)過(guo)程(cheng)難(nan)以(yi)察(cha)覺(jiao)。這種具有極慢動作的驅動裝置有可能為偽裝和偵察設備的構建提供新的思路。

向大自然學習是人類文明進步的重要途徑
，在大自然中有所發現
，在認知過程中有所發明，在應用中有所創造
，我們才能有所進步。

（作者：楊曼，係中國科學院理化技術研究所博士後）