近日，合肥工业大学材料科学与工程胡颖研究员团队受叶片结构和变色行为启发，通过磁场辅助取向方法构建了类似叶脉的条纹结构，开发了一种基于Nafion-结晶紫-MXene@Fe₃O₄(NCMF)复合材料的条纹结构湿度驱动器，实现了湿度刺激下协同的形状变形与颜色变化。该研究成果以“Leaf-Inspired Programmable and Color-Changing Moisture-Responsive Actuator for Bionic Soft Robotics”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。
自然界中，植物叶片在环境湿度变化下会表现出卷曲、皱缩等自适应运动，同时伴随颜色改变，这为智能软体驱动器的设计提供了宝贵灵感。然而，如何在驱动器上同时实现高驱动性能、可编程变形和颜色变化反馈功能，仍是当前研究的难点。
受植物叶片中叶脉结构对弯曲方向的调控作用以及叶片的颜色转变机制启发，研究团队设计了一种具有条纹结构的NCMF复合薄膜驱动器。其中，Nafion作为亲水离子聚合物提供优异的水分子吸收能力；结晶紫作为pH指示剂，与Nafion结合可以实现不同湿度刺激下的可逆颜色变化；MXene@Fe₃O₄复合颗粒则兼具亲水性和磁响应性。通过将混合溶液转移到预设磁铁阵列上，MXene@Fe₃O₄颗粒在磁场诱导下会自发聚集并形成条纹图案，该图案可通过调整磁铁排布方式实现灵活定制。该制备方法简单、可扩展，为可编程驱动器的设计提供了新途径。
由于独特的材料及结构设计，该驱动器表现出可编程变形、大弯曲角度(288°)、快速响应(205.7°/s)、高负载能力和可逆的颜色变化。基于该驱动器，研究团队还展示了包括仿生夹具、举重机器人、自振荡器件、爬行机器人、智能口罩、仿生手、仿生植物等多种场景的应用。该研究为设计兼具可编程形变与变色的高性能湿敏驱动器提供了新思路，有望推动下一代智能仿生软体机器人的发展。
上述研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省自然科学基金和中央高校基础科研基金等项目的大力支持。合肥工业大学博士生李林为论文第一作者，胡颖研究员为通讯作者。该工作也被湖南广播电视台《新闻大求真》栏目进行了专访报道。
