壁虎和变色龙怎么分别？变色龙和壁虎，联姻会发生什么
科技日报记者 金凤
作为伪装大师，蝰蛇毛毛虫可以变形成可怕的蝰蛇形状来吓跑捕食者，变色龙可以根据环境的变化来调整自己的肤色……数百万年的自然进化，赋予许多生物不同的求生技能来逃避捕食者。
有趣的是，动植物这种“主动避险”的技能，也启发了科研工作者们研发新型仿生材料的灵感。
近日，东南大学智能材料研究院院长、欧洲科学院院士、化学化工学院李全教授团队在多功能仿生液晶弹性体软驱动器方面取得重要进展，科研团队科研人员介绍，他们利用四芳基琥珀腈（TASN）和聚硅氧烷基液晶弹性体（LCE），构建了一种TASN-LCE软驱动器。这种软驱动器不仅可以随着温度变化而变形，在不同的热量和机械压缩响应中，变化出不同的颜色，还能自愈合、再加工。
科研团队展望未来，这种新材料在多功能仿生软体机器人、视觉传感器和人工伪装等领域，应用前景广阔。相关成果近期在线发表于化学领域国际顶级期刊《德国应用化学》，并入选“热门研究”。
包含四芳基琥珀腈发色团的仿海星软致动器中，集形状变形、颜色变化、自修复和循环功能于一身，杨洪供图
动植物的生存“必杀技”，点燃“仿生软驱动器”灵感
在自然界，变形、变色伪装，是一类非常重要的生存策略。而“断臂求生”则是通过牺牲部分肢体、器官以逃脱捕捉、保存实力的另一种生存技能。
伪装和自愈能力的结合，让生物在面对危险的捕食者时，拥有更高的生存概率。一些海洋生物，如海星、章鱼和墨鱼等，幸运地具备了上述所有的自我保护和生存能力。
受这些奇妙生物的启发，近年来，科学家们开发了多种仿生智能软驱动器，如人工章鱼、人造花卉和变色龙仿生器件等。
“但是，多数仿生软驱动器只能执行一种或两种功能模式，而将可逆形变、连续运动、颜色伪装、自修复和可重塑等多种功能集成到单一的软驱动器系统中仍是极具挑战性的难题。”论文通讯作者之一、东南大学教授杨洪介绍，针对此难题，团队将一种特殊的材料——“四芳基琥珀腈（TASN）”力致变色基团化学键合到聚硅氧烷基液晶弹性体（LCE）中，构建了一种集动态形变、可逆变色、自修复和可重塑功能于一体的TASN-LCE软驱动器。
TASN和LCE，是两种有趣的材料。前者具备“力致变色”性能，“给它施加一个力，或升高温度，就会使它变成红色；温度降低，它的颜色又会逐渐变淡。而LCE是一种经典的可逆变形材料，它很有弹性，在外界刺激下，例如在红外光的刺激下会运动、变形。”杨洪教授说。
a示意图为海星型TASN-LCE软致动器在加热和冷却循环过程中的热致形状变形和热变色。b和c示意图为海星形TASN-LCE软驱动器在近红外光对光热触须反复照射时，驱动器进行移动。杨洪供图
两种易变形变色材料交联，让新材料也能“伪装”、自愈
更有意思的是，TASN和LCE的结合，能产生类似于变色龙和壁虎“联姻”后的效果。
“TASN与LCE组合成一个聚合物网络后，聚合物链上会有TASN基团。当温度升高到一定程度时，TASN基团会断裂、变红，产生自由基，形成单个的聚合物分子链。而当温度降低时，含TASN的聚合物分子链又会再次结合在一起。但重新连接时，自由基可以选择其它的链段，这就相当于TASN以一种内部再造的方式让聚合物材料重新愈合了。”杨洪教授解释，这种材料变化过程，可以使材料重复使用和再次加工成型，延长了材料的使用寿命，并能满足实际应用中对材料多功能特性的要求。
在杨洪展示的一个实验片段中，记者看到，一个海星形状的Q弹的TASN-LCE材料在受热后，逐渐变红，在近红外光的照射下，又慢慢向上翘曲、收缩。但当回到常温、消除照射后，海星又重新“复位”。
如果将TASN-LCE材料切割后重新拼接，经过一定时间和温度的修复，被切割的两段材料又会再度合二为一。
“虽然宏观上看，材料又再次成型，但其实内部微观结构已经发生了变化，让分子间又相互结合起来。”杨洪说。
在仿生软体机器人、人工伪装等领域前景广阔
如果说，这两种材料的“联姻”让他们能“幻化于无形”，那么，当初让它们走到一起，便是此次研究的灵感起源。
“我们在阅读文献时发现TASN有力致变色的特点，而LCE有变形的特点，所以在想如果将这两者结合，会不会有更多的可能？”杨洪教授说，研究团队抱着试试看的态度，尝试了多种化学试剂，将TASN做成交联剂，化学连接到LCE中，形成聚合物网络。
“最难的就是合成工艺的探索，这要综合考虑温度、试剂浓度等参数。”但让杨洪教授和团队惊喜的是，反复的试验后，他们发现TASN和LCE形成的聚合物材料还有可修复、再加工的特性。
“最终的试验证明，聚合物能动态变形，在热和力的刺激下能变色，还能自愈合，这意味着，这种新材料有望应用于多功能仿生软体机器人、视觉传感器和人工伪装等领域。”杨洪教授展望未来，“例如，在一些机械装置难以触及的区域，就可以让能变形的、自愈合的软体机器人爬过去探测，继而进行远程智能作业。”
不过，杨洪教授坦言，新材料想完成产业化，还需要一个漫长的过程，首先要解决的就是新材料的制作成本问题。
“合成TASN交联剂的过程就很复杂，而且使用的化学试剂很昂贵，有的还有剧毒。”杨洪教授表示，想成为工业原料，这款材料还要进行抗疲劳性等力学性能测试，这些都还需要系统研究。
“从世界范围看，虽然软体机器人还处于前沿基础研究领域，但应用前景广阔。”杨洪教授信心满满。
编辑：张琦琪
审核：岳靓