团队从移动的植物组织中寻找设计人工执行器的灵感

科学家们正在寻找能够运动的植物组织，以激发人工执行器的设计和制造。这些仿生执行器在软机器人、假肢和智能生物医学设备等应用中具有巨大的潜力。中国科学院的一个研究小组发表了一篇前瞻性论文，专门关注植物调节运动速度的方式以及如何将其应用于人工执行器。

他们的论文发表在9 月 18 日的《Nano Research》杂志上。

这些人造执行器对湿度、溶剂、热、光和电做出响应，将环境能量转化为形状变化。科学家们从植物中寻找灵感，因为植物学会了移动的方式。

经过数十亿年的进化，许多植物器官已经发展出改变其形状的策略。植物利用形状的变化来获取营养、传播种子、将种子埋在土壤中，甚至摆脱压力。“通过从大自然中汲取灵感，可以开发出具有从超快到超慢的各种运动速度的人工执行器。这为创造先进机器人和设备开辟了新的可能性。”中国科学院理化技术研究所研究员张飞龙说。

当捕蝇草的触发毛被触碰两次时，捕蝇草就会关闭叶瓣来捕捉昆虫。茅膏菜植物将叶子卷曲覆盖猎物。含羞草植物在雨天会关闭叶子以避免水滴。甚至一些死去的植物组织也会改变形状。例如松果鳞片、麦芒、种荚、冰植物种子蒴果、蒲公英种子的刚毛等都可以改变形状。

在活的植物中，形状的变化和运动与离子通道有关。然而，死亡的植物组织表现出吸湿运动，即与湿度变化相关的运动。由于其独特的结构和成分，这些死亡的植物组织为科学家提供了人工执行器的自然模型。

这些植物能够以非常精确的方式控制它们的运动。例如，松果移动非常缓慢，以保证它们只有在长期干燥的环境中才能打开，这使得风和动物可以将种子从母树上传播开来。

传统的研究主要集中在植物组织的运动方式上，但很少关注速度调节策略。在该团队的观点论文中，他们重点了解植物组织使用的速度调节策略，并提出仿生执行器的潜在速度调节策略。

该团队总结了设计仿生执行器的自然策略，该执行器可以模仿生物系统的令人难以置信的速度(从超快到超慢)和多功能性。他们的论文探讨了形状变化的机制，以及控制运动速度的策略。该团队还研究了从仿生人工执行器的植物原型中学习的几个模型，以及与不同速度要求相关的不同场景。他们探讨了人工执行器开发中的挑战和机遇。最后，团队讨论了执行器速度调节的潜在策略，这可能有助于其进一步发展。

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