當(dāng)想到自然運(yùn)動時，植物很可能在大多數(shù)人的列表中排在最后。事實是植物可以執(zhí)行復(fù)雜的運(yùn)動，但是它們只能非常緩慢地執(zhí)行。植物運(yùn)動的主要機(jī)制是水分的吸收和釋放。植物組織中存在的纖維素會吸收水分并使其膨脹，而纖維素纖維的底層排列可根據(jù)需要引導(dǎo)運(yùn)動?，F(xiàn)在，如果我們從這種自然現(xiàn)象中汲取靈感并將其用于未來的工程應(yīng)用，該怎么辦?

令人驚訝的是，事實證明，這種運(yùn)動可能成為生產(chǎn)新型機(jī)器人和機(jī)電一體化設(shè)備的基礎(chǔ)。在最近發(fā)表在《先進(jìn)智能系統(tǒng)》上的一項研究中，日本芝浦工業(yè)大學(xué)(SIT)和早稻田大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊基于這種自然界的概念開發(fā)出了一種最簡單的方法來制作論文僅使用標(biāo)準(zhǔn)噴墨打印機(jī)就可以根據(jù)需要折疊自己。SIT的首席科學(xué)家Hiroki Shigemune博士解釋了這項研究的動機(jī)：“目前，用于快速生產(chǎn)物體的打印技術(shù)已成為人們關(guān)注的焦點，例如3-D打印。然而，打印功能機(jī)電設(shè)備仍然是一個巨大的挑戰(zhàn);我們解決了這一難題通過尋找一種方便的方法來打印自動折疊的紙張結(jié)構(gòu)，這是可行的。由于紙張主要是纖維素，因此我們從植物中汲取了靈感。”

研究人員首先用不同的水溶液填充普通打印機(jī)的墨盒，然后在紙上打印簡單的直線，使其自行折疊(圖1)。在確定最佳溶質(zhì)(LiCl，氯化鋰)之后，他們探索了不同濃度如何導(dǎo)致不同的自折疊時間。為此，他們用四種不同濃度的LiCl水溶液填充了打印機(jī)上的四個墨盒(黑色，品紅色，黃色和青色墨水)。純凈水幾乎立即引起折疊反應(yīng)，而高濃度的LiCl引起折疊開始略有變化。反過來，相對較低的濃度導(dǎo)致折疊開始的巨大變化，甚至折疊時間更慢。

有了自動折疊機(jī)制，科學(xué)家要做的就是給打印機(jī)一個文件，以根據(jù)所需的折疊順序打印包含相應(yīng)顏色的線條。這種簡單的方法使他們能夠產(chǎn)生各種自折疊的折紙結(jié)構(gòu)，包括傳統(tǒng)的紙飛機(jī)和可定位，懸掛然后自行回縮的小型紙?zhí)?。SIT的前田慎吾博士說：“通過簡單地設(shè)計合適的印刷圖案，我們的技術(shù)可以很容易地生產(chǎn)出柔性，可拉伸，可展開和可壓碎的折紙結(jié)構(gòu)。”

現(xiàn)在，研究團(tuán)隊將專注于使用這種新穎的自折疊方法來開發(fā)機(jī)電設(shè)備。為此，他們會將這種方法與他們自己開發(fā)的先前技術(shù)結(jié)合起來。一種使用標(biāo)準(zhǔn)打印機(jī)在電線上打印電線的方法。早稻田大學(xué)的橋本修二博士說：“通過融合這兩種技術(shù)，我們將實現(xiàn)一種機(jī)電元件和造紙機(jī)器人的快速而簡單的制造過程，它將在航天，醫(yī)療和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中找到適合的應(yīng)用。需要制造的一次性智能設(shè)備。”

還值得注意的是，自動折疊過程不需要外部能源或任何類型的復(fù)雜機(jī)械，使其成為實現(xiàn)真正的植物靈感運(yùn)動的有吸引力的環(huán)保選擇。早稻田大學(xué)的Hideyuki Sawada博士說，他們成功地實現(xiàn)了硅棒中的“后驗光致性”。換句話說，當(dāng)它們有選擇地面向太陽或其他光源時，它們設(shè)法重現(xiàn)了某些植物(如向日葵)的自然運(yùn)動。他解釋說：“使用這種技術(shù)，我們可以通過確保它們始終面對太陽而設(shè)計出效率更高的太陽能電池板。”

這項研究展示了我們?nèi)绾卫么笞匀坏撵`感來開發(fā)革命性的技術(shù)，即使使用噴墨打印機(jī)等普通設(shè)備也是如此!

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